İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
EVSEL ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDEN KAYNAKLANAN SERA GAZI
SALIMININ TAHMİNİ
Hazal GÜLHAN
Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı
Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Programı
OCAK 2017
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
EVSEL ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDEN KAYNAKLANAN SERA GAZI
SALIMININ TAHMİNİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Hazal GÜLHAN
(501141719)
Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı
Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Programı
Tez Danışmanı: Prof. Dr. İzzet ÖZTÜRK
OCAK 2017
iii
Tez Danışmanı : Prof. Dr. İzzet ÖZTÜRK ..............................
İstanbul Teknik Üniversitesi
Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Kadir ALP .............................
İstanbul Teknik Üniversitesi
Prof. Dr. Yaşar Avşar ..............................
Yıldız Teknik Üniversitesi
İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü’nün 501141719 numaralı Yüksek Lisans Öğrencisi Hazal
GÜLHAN, ilgili yönetmeliklerin belirlediği gerekli tüm şartları yerine getirdikten
sonra hazırladığı “EVSEL ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDEN KAYNAKLANAN
SERA GAZI SALIMININ TAHMİNİ” başlıklı tezini aşağıda imzaları olan jüri
önünde başarı ile sunmuştur.
Teslim Tarihi : 25 Kasım 2016
Savunma Tarihi : 6 Ocak 2017
iv
v
Aileme,
vi
vii
ÖNSÖZ
Bu tez çalışmasında evsel atıksu arıtma tesislerinden sera gazı emisyonu konusu
araştırılmış, İstanbul'daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesisi için emisyon miktarı
tahminleri yapılmıştır. Ayrıca ileri biyolojik atıksu arıtma tesislerinden salınan sera
gazı miktarını etkileyen koşullar incelenmiştir. Çalışma TÜBA Bilimsel Araştırma
Desteği Programı bursuyla desteklenmiştir.
Lisans ve yüksek lisans eğitimim boyunca kendisinden çok şey öğrendiğim, tez
konusu seçimimde ve sonrasında bana rehberlik eden danışman hocam Prof. Dr. İzzet
ÖZTÜRK’e, çalışmamda benden yardımlarını esirgemeyen hocam Dr. Recep Kaan
DERELİ’ye, hocam Doç. Dr. Çiğdem YANGIN GÖMEÇ’e ve diğer tüm hocalarıma,
ayrıca incelenen atıksu arıtma tesisleri hakkında ihtiyaç duyduğum bilgileri benimle
paylaşan Yük. Çevre Mühendisi Filiz ÖZTÜRK DAŞKIRAN'a (İSKİ) teşekkür
ederim.
Sevgili anneme, babama ve kardeşime her zaman beni destekledikleri ve sevildiğimi
hissettirdikleri için minnettarım.
Kasım 2016 Hazal Gülhan
(Çevre Mühendisi)
viii
ix
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖNSÖZ ...................................................................................................................... vii
İÇİNDEKİLER ......................................................................................................... ix
KISALTMALAR ...................................................................................................... xi
ÇİZELGE LİSTESİ ................................................................................................ xiii
ŞEKİL LİSTESİ ..................................................................................................... xvii
ÖZET ........................................................................................................................ xxi
SUMMARY ............................................................................................................ xxv
1. GİRİŞ ....................................................................................................................... 1
1.1. Tezin Amacı ve Kapsamı .................................................................................. 1
1.2. Literatür Araştırması ......................................................................................... 2
2. İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ .......................................................................................... 3
2.1. Sera Etkisi ve Küresel Isınma ........................................................................... 3
2.2. Küresel İklim Sisteminde Gözlemlenen Değişiklikler ...................................... 5
2.3. İklim Değişikliğinin Nedenleri ......................................................................... 5
2.4. İklim Değişikliğinin Etkileri ............................................................................. 9
2.5. Gelecekte İklim Değişikliği, Risk ve Etkileri ................................................. 10
2.6. İklim Değişikliğine Uyum Sağlama ve İklim Değişikliği Etkilerini Hafifletme
..........................................................................................................................12
2.7. İklim Değişikliğine Uluslararası Yaklaşım ..................................................... 13
2.7.1. Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi ...................... 13
2.7.2. Kyoto Protokolü ....................................................................................... 14
2.7.3. Paris Antlaşması ....................................................................................... 16
2.7.4. İklim finansmanı ...................................................................................... 17
2.8. İklim Değişikliği ve Türkiye ........................................................................... 19
2.8.1. Türkiye’de iklim değişikliği projeksiyonu ............................................... 24
2.8.1.1. Türkiye için iklim değişikliği projeksiyonları çalışması ................... 24
2.8.1.2. İklim değişikliğinin su kaynaklarına etkisi ....................................... 25
2.8.1.3. Türkiye’nin sera gazı projeksiyonu ................................................... 26
2.8.2. Türkiye’nin iklim değişikliği politikası ................................................... 26
2.8.3. Türkiye’nin iklim değişikliği finansman kaynakları ................................ 27
3. ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDEN SERA GAZI EMİSYONU ................ 29
3.1. Türkiye’de Atıksu Arıtma Tesislerinden Kaynaklanan Sera Gazı Emisyonu
Hakkında Yapılan Çalışmalar ................................................................................ 29
3.2. N2O Emisyonu ................................................................................................ 30
3.2.1. Atıksu arıtma tesislerinde N2O gazı üretimi ............................................ 32
3.2.2. N2O emisyonuna neden olan ortam koşulları ........................................... 36
3.2.2.1. Çözünmüş oksijen konsantrasyonu ................................................... 36
3.2.2.2. Nitrit (NO2-) konsantrasyonu ............................................................. 37
3.2.2.3. KOİ/N oranı ....................................................................................... 37
3.2.2.4. Dolaylı yoldan etkileyen faktörler ..................................................... 37
x
3.3. CH4 Emisyonu ................................................................................................ 38
3.3.1. Atıksu arıtma tesislerinde CH4 üretimi .................................................... 39
3.3.2. CH4 emisyonuna neden olan ortam koşulları ........................................... 40
3.3.2.1. Çözünmüş oksijen konsantrasyonu ................................................... 40
4. SERA GAZI PROTOKOLÜ ............................................................................... 41
4.1. IPCC (2006) Ulusal Emisyon Envanteri Rehberi ........................................... 43
4.1.1. N2O emisyonu .......................................................................................... 43
4.1.2. CH4 emisyonu .......................................................................................... 44
4.2. GPS-X Simülasyon Programı .......................................................................... 46
4.2.1. Aktif Çamur Modeli No. 1 (ASM1) ......................................................... 47
4.2.1.1. ASM1’de modellenen dinamik prosesler .......................................... 52
4.2.1.2. ASM1’in model parametreleri ........................................................... 53
4.2.2. Mantis modeli ........................................................................................... 53
4.2.3. Mantis2 modeli ......................................................................................... 54
4.2.3.1. Mantis2 modeli durum değişkenleri .................................................. 54
4.2.3.2. Mantis2 modeli kompozit değişkenleri ............................................. 58
4.2.3.3. Mantis2 modeli prosesleri ................................................................. 62
4.2.4. Mantis3 modeli ......................................................................................... 62
4.3. GPS-X Simülasyon Programıyla İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisinin
Modellenmesi ......................................................................................................... 66
5. ÇALIŞMA KAPSAMINDA İNCELENEN İSTANBUL’DAKİ BİYOLOJİK
ATIKSU ARITMA TESİSLERİ VE SENARYOLAR ......................................... 83
5.1. İncelenen Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisleri .................................................. 83
5.1.1. Ambarlı İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi .......................................... 87
5.1.2. Ataköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi ............................................ 89
5.1.3. Büyükçekmece İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi ............................... 92
5.1.4. Çanta İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi .............................................. 94
5.1.5. Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi .......................................... 96
5.1.6. Selimpaşa İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi ....................................... 98
5.1.7. Silivri İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi ............................................ 100
5.1.8. Tuzla İkinci Kademe Atıksu Arıtma Tesisi (Tuzla I) ............................ 102
5.1.9. Tuzla İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi (Tuzla II) ............................ 104
5.2. İncelenen Senaryolar ..................................................................................... 106
6. BİYOLOJİK ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDEN SERA GAZI
EMSİYONU POTANSİYELİ HESAPLAMA SONUÇLARININ ANALİZİ .. 107
6.1. IPCC (2006) Ulusal Emisyon Envanteri Rehberi’ne göre Emisyon Tahmini
........................................................................................................................107
6.1.1. N2O emisyonu potansiyeli hesabı .......................................................... 107
6.1.2. CH4 emisyonu potansiyeli hesabı ........................................................... 107
6.1.3. Toplam ve birim sera gazı emisyonu potansiyeli ................................... 108
6.2. GPS-X Simülasyon Modeli ile Emisyon Miktarı Tahmini ........................... 112
6.3. IPCC (2006) Rehberi ile GPS-X Modeli Sonuçlarının Karşılaştırmalı Analizi
........................................................................................................................128
7. SONUÇ VE ÖNERİLER ................................................................................... 133
7.1. IPCC (2006) Rehber Yöntemi ve GPS-X Modeli Sonuçlarının Karşılaştırılması
........................................................................................................................133
7.2. Atıksu Özellikleri ve Sera Gazı Emisyon Miktarı Arasındaki İlişki ............. 135
7.3. Çamur Yaşının Sera Gazı Emisyonuna Etkisi ............................................... 136
7.4. Havalandırma Havuza Çözünmüş Oksijen Seviyesinin Sera Gazı Emisyonuna
Etkisi ..................................................................................................................... 137
xi
KAYNAKLAR ....................................................................................................... 139
EKLER .................................................................................................................... 145
ÖZGEÇMİŞ ............................................................................................................ 151
xii
xiii
KISALTMALAR
AAT : Atıksu Arıtma Tesisi
AB : Avrupa Birliği
ABD : Amerika Birleşik Devletleri
AF : Uyum Fonu
AKAKDO : Arazi Kullanımı, Arazi Kullanım Değişikliği ve Ormancılık
AMO : Amonyum monooksijenaz
AOB : Amonyak Oksitleyici Bakteri
ASM : Aktif Çamur Modeli
BNR : Biyolojik Besi Maddesi Giderim
BOİ : Biyolojik Oksijen İhtiyacı
CDM : Temiz Gelişim Mekanizması
CMA : Antlaşma Tarafları Toplantısı
CMIP5 : Coupled Model Intercomparison Project Phase 5
CMP : Kyoto Protokolü Taraflar Toplantısı
COP : Sözleşme Taraflar Konferansı
ÇŞB : T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı
DEN : Denitrifikasyon bakterileri
DO : Çözünmüş Oksijen (ÇO)
EF : Emisyon Faktörü
ET : Uluslararası Emisyon Ticareti
GCF : Yeşil İklim Fonu
GEF : Küresel Çevre Fonu
GWP : Küresel Isınma Potansiyeli
HAO : Hidroksilamin oksidoredüktaz
HFCs : Hidroflorokarbon bileşikleri
INDC : Ulusal Niyet Beyanı
IPCC : Hükümetler arası İklim Değişikliği Paneli
IWA : Uluslararası Su Derneği
İDEP : İklim Değişikliği ulusal Eylem Planı
İDHYKK : İklim Değişikliği ve Hava Yönetimi Koordinasyon Kurulu
JI : Ortak Uygulama
KM : Katı Madde
KOİ : Kimyasal Oksijen İhtiyacı
LDCF : En Az Gelişmiş Ülkeler Fonu
MCF : Metan Düzeltme Faktörü
MGM : Meteoroloji Genel Müdürlüğü
NOB : Nitrit Oksitleyici Bakteriler
NOH : Nitrozil radikali
OECD : Ekonomik Kalkınma ve İşbirliği Örgütü
OSİB : Orman ve Su İşleri Bakanlığı
PFCs : Perflorokarbon bileşikleri
PHA : Polihidroksialkanoat
xiv
RCP : Temsili Konsantrasyon Rotaları
RZ : Radyatif Zorlama değeri
SCCF : Özel İklim Değişikliği Fonu
SRT : Çamur yaşı
TEP : Ton Eşdeğer Petrol
TN : Toplam Nitrojen
TOK : Toplam Organik Karbon
TP : Toplam Fosfor
UNEP : Birleşmiş Milletler Çevre Programı
UNFCCC : Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi
VROM : Hollanda Şehir, Bölge Planlama ve Çevre Bakanlığı
WBCSD : Dünya Sürdürülebilir Kalkınma İş Konseyi
WCRP : Dünya İklim Araştırma Programı
WMO : Dünya Meteoroloji Organizasyonu
WRI : Dünya Kaynakları Enstitüsü
xv
SEMBOLLER
bA : Ototrofik ölüm hızı
bH : Heterotrofik ölüm hızı
BO : Maksimum ch4 üretim kapasitesi
fp : Partiküler ürünlere dönüşen biyokütle oranı
iXB : Aktif biyokütle için N/KOİ
iXB : İnert biyokütle için N/KOİ
ka : Amonifikasyonu hızı
kh : Maksimum spesifik hidroliz hızı
KNH : Ototroflar için amonyak yarı doygunluk sabiti
KNO : Heterotroflar için nitrat yarı doygunluk sabiti
KOA : Ototroflar için oksijen yarı doygunluk sabiti
KOH : Heterotroflar için oksijen yarı doygunluk sabiti
KS : Heterotrofik yarı doygunluk sabiti
KX : Yavaş bozunabilen KOİ için hidroliz yarı doygunluk sabiti
SALK : Alkalinite
SI : Çözünmüş inert KOİ
SND : Bozunabilir çözünmüş organik azot
SNH : Amonyak azotu
SNI : Çözünmüş inert azotlu madde
SNO : Nitrat ve nitrit azotu
SO : Çözünmüş oksijen konsantrasyonu
SS : Hızlı bozunabilen KOİ
XBA : Ototrofik biyokütle
XBH : Heterotrofik biyokütle
XI : Partiküler inert KOİ
XNB : Aktif biyokütle içindeki azot
XND : Bozunabilir partiküler organik
XNP : Partiküler inert azotlu madde
XS : Yavaş bozunabilen KOİ
YA : Ototrofik dönüşüm oranı
YH : Heterotrofik dönüşüm oranı
ηg : Heterotrofların anoksik çoğalması için düzeltme faktörü
ηh : Anoksik hidroliz için düzeltme faktörü
μA : Ototrofik maksimum spesifik çoğalma hızı
μH : Heterotrofik maksimum spesifik çoğalma hızı
xvi
xvii
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa
Çizelge 2.1: Çeşitli sera gazlarının GWP değerleri (Myhre, 2013) ............................. 5
Çizelge 2.2: Temsili Konsantrasyon Rotalarına göre 100 yıllık tahmini sıcaklık artışı
(IPCC, 2014) ......................................................................................... 11
Çizelge 2.3: Atık sektöründen kaynaklanan sera gazı emisyonu miktarları ve payları,
2013 verileri (ÇŞB, 2016) ..................................................................... 23
Çizelge 3.1: Atıksu arıtma tesislerinden salınan sera gazlarının Küresel Isınma
Potansiyelleri (Myhre, 2013) ................................................................ 29
Çizelge 3.2: IPCC (2006) Rehberi ve bazı gelişmiş ülkelerin emisyon faktörü
karşılaştırması (GWRC, 2011) ............................................................. 31
Çizelge 3.3: Çeşitli tam ölçekli atıksu arıtma tesislerinden raporlanan N2O emisyon
faktörleri (Law ve diğ, 2012) ................................................................ 31
Çizelge 4.1: Sera Gazı Protokolünde belirtilen emisyon raporlama kapsamları özeti
(WRI & WBCSD, 2005) ....................................................................... 41
Çizelge 4.2: Atıksu arıtma tesisleri için belirlenmiş sera gazı emisyon kaynakları ve
sera gazı türleri (WRF & GWRC, 2013) .............................................. 42
Çizelge 4.3: IPCC (2006) Rehberinde tanımlanan evsel atıksu için maksimum CH4
üretim kapasitesi (BO) (IPCC, 2006) ................................................... 45
Çizelge 4.4: IPCC (2006) Rehberinde belirlenen MCF değerleri (IPCC, 2006) ....... 46
Çizelge 4.5: ASM1’in matris gösterimi (Dereli, 2006) ............................................. 50
Çizelge 4.6: ASM1’de kullanılan parametreler ve önerilen değerler (Dereli, 2006) 51
Çizelge 4.7: Mantis2 modelinin durum değişkenleri (Hydromantis, 2016) .............. 55
Çizelge 4.8: Kompozit değişkenlerin hesaplanmasında kullanılan stokiyometrik
parametreler (Hydromantis, 2016) ........................................................ 58
Çizelge 4.9: Mantis3 modelinin durum değişkenleri (Hydromantis, 2016) .............. 65
Çizelge 5.1: Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği, Tablo 21.4 (ÇOB, 2004) ............... 83
Çizelge 5.2: Kentsel Atıksu Arıtımı Yönetmeliği, Tablo 1 ve Tablo 2 (ÇOB, 2006) 84
Çizelge 5.3: İncelenen biyolojik atıksu arıtma tesislerinin atıksu karakterizasyonu ve
tasarım kriterleri özet tablosu ............................................................... 85
Çizelge 5.4: Ambarlı İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu ........................... 87
Çizelge 5.5: Ataköy İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu ............................. 89
Çizelge 5.6: Büyükçekmece İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu ................ 92
Çizelge 5.7: Çanta İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu ............................... 94
Çizelge 5.8: Paşaköy İBAAT atıksu karakterizasyonu.............................................. 96
Çizelge 5.9: Selimpaşa İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu ........................ 98
Çizelge 5.10: Silivri İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu........................... 100
Çizelge 5.11: Tuzla Birincil Atıksu Arıtma Tesisi (Tuzla I) atıksu karakterizasyonu
............................................................................................................ 102 Çizelge 5.12: Tuzla İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi (Tuzla II) atıksu
karakterizasyonu ................................................................................. 104
xviii
Çizelge 6.1: IPCC (2006) Rehberine göre hesaplanan biyolojik atıksu arıtma
tesislerinden salınan N2O emisyonu potansiyeli hesabı ...................... 109
Çizelge 6.2: IPCC (2006) Rehberine göre hesaplanan biyolojik atıksu arıtma
tesislerinden salınan CH4 emisyonu potansiyeli hesabı ...................... 109
Çizelge 6.3: İstanbul’daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesisinin IPCC (2006)
Rehberine ve 2020 yılı debi ve kirlilik yüküne göre Kapsam 1
çerçevesinde hesaplanan sera gazı emisyonu potansiyelleri ............... 110
Çizelge 6.4: İstanbul’daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesisinin IPCC (2006)
Rehberine göre hesaplanan birim sera gazı emisyonu potansiyelleri
(2020 yılı debi ve kirlilik yüküne göre) .............................................. 110
Çizelge 6.5: İncelenen İSKİ tesislerinin giriş suyu özelliklerinin karşılaştırılması . 112
Çizelge 6.6: İSKİ biyolojik atıksu arıtma tesislerinin tabi olduğu deşarj standartları
............................................................................................................. 113 Çizelge 6.7: İSKİ biyolojik atıksu arıtma tesislerinin GPS-X modeliyle hesaplanan
deşarj karakterizasyonu ....................................................................... 113
Çizelge 6.8: İstanbul’daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesisinin GPS-X
modelinde 2020 yılı debi ve kirlilik yüküne göre Kapsam 1
çerçevesinde hesaplanan sera gazı emisyonu potansiyelleri ............... 117
Çizelge 6.9: İstanbul’daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesislerinin GPS-X
modelinde hesaplanan birim sera gazı potansiyelleri (2020 yılı debi ve
kirlilik yüküne göre) ........................................................................... 117
Çizelge 6.10: IPCC (2006) Rehberi ve GPS-X modeli sonuçlarının karşılaştırması
............................................................................................................. 129 Çizelge 6.11: Çalışmada hesaplanan CH4 emisyon faktörü ile literatür değerlerinin
karşılaştırılması ................................................................................... 130
Çizelge 6.12: IPCC (2006) Rehberi hesaplarında maksimum CH4 üretim kapasitesi
0,17 kabul edildiğinde, anaerobik çürütme yapılan tesislerde elde edilen
emisyon faktörleri ............................................................................... 131
xix
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa
Şekil 2.1: Doğal sera etkisinin idealize edilmiş bir modeli (Le Treut ve diğ, 2007). .. 4
Şekil 2.2: İklim sisteminde gözlemlenen değişiklikler (IPCC, 2014). ........................ 6
Şekil 2.3: MÖ 800000 ve 2014 arasındaki atmosferik CO2, CH4 ve N2O değişimi.
Her bir renk başka bir veri kaynağını göstermektedir (EPA, 2015). ...... 7
Şekil 2.4: Çeşitli insan kaynaklı sera gazlarının, 1970-2010 döneminde toplam yıllık
emisyonlarının değişimi (IPCC, 2014). .................................................. 8
Şekil 2.5: Başlıca ekonomik sektörlere göre 2010 yılı yıllık küresel sera gazı
emisyonu oranları (UNEP, 2012). .......................................................... 9
Şekil 2.6: Temsili Konsantrasyon Rotalarına göre küresel ısınma ve küresel deniz
seviyesi artışı karşılaştırma grafikleri (IPCC, 2014). ........................... 11
Şekil 2.7: Temsili Konsantrasyon Rotalarına göre insan kaynaklı sera gazı emisyonu
miktarı (IPCC, 2014). ........................................................................... 12
Şekil 2.8: Kyoto Protokolü çerçevesindeki piyasa bazlı mekanizmalar. ................... 15
Şekil 2.9: Zamana bağlı sektörel sera gazı emisyonlarındaki değişim (ÇŞB, 2016). 21
Şekil 2.10: Sektörlere göre 2013 yılı toplam sera gazı emisyonlarının dağılımı. ...... 21
Şekil 2.11: 1990 ve 2013 yıllarında CH4 emisyonlarının sektörel dağılımı. ............. 22
Şekil 2.12: 1990 ve 2013 yıllarında N2O emisyonlarının sektörel dağılımı. ............. 22
Şekil 2.13: Atık sektöründen kaynaklanan CO2 eşd emisyonlar (1990-2013) (ÇŞB,
2016) ..................................................................................................... 23
Şekil 2.14: Önlemler Gözetilen ve Önlemler Gözetilmeyen senaryoların toplam sera
gazı emisyonuna göre karşılaştırılması (ÇŞB, 2016) ............................ 26
Şekil 3.1: BNR sistemlerinde azot döngüsü (Kampschreur ve diğ, 2009) ................ 33
Şekil 3.2: Nitrifikasyon reaksiyonları (Wrage ve diğ, 2001)..................................... 34
Şekil 3.3: Denitrifikasyon enzimleri (Wrage ve diğ, 2001)....................................... 35
Şekil 3.4: Atıksu arıtma tesisinde nitrifikasyonda salınan N2O gazı (GWRC, 2011) 37
Şekil 3.5: N2O emisyonuna neden olan başlıca parametreler (Kampschreur ve diğ,
2009) ..................................................................................................... 38
Şekil 4.1: ASM1’deki KOİ bileşenleri ve durum değişkenleri (Dereli, 2006) .......... 48
Şekil 4.2: ASM1’de azot bileşenleri ve durum değişkenleri (Dereli, 2006) ............. 49
Şekil 4.3: SCOD, COD, SBOD, BOD, SBODU ve BODU kompozit değerleri için
hesaplama prosedürü ............................................................................. 59
Şekil 4.4: VSS ve TSS kompozit değişkenleri için hesaplama prosedürü ................ 60
Şekil 4.5: STKN ve TKN kompozit değişkenleri için hesaplama prosedürü ............ 60
Şekil 4.6: STP, XTP ve TP kompozit değişkenleri için hesaplama prosedürü .......... 61
Şekil 4.7: STOC ve TOC kompozit değişkenleri için hesaplama prosedürü ............ 61
Şekil 4.8: Evsel atıksu arıtımı tesisinden kaynaklı potansiyel sera gazı emisyonu
(Hydromantis, 2013) ............................................................................. 62
Şekil 4.9: Mantis3 modeli sera gazı emisyonu model yapısı..................................... 63
xx
Şekil 4.10: Mantis3 modeli atıksuda gerçekleşen proseslere bağlı emisyonlar
(Hydromantis, 2013) ............................................................................. 64
Şekil 4.11: GPS-X’te model kütüphanesi seçimi....................................................... 66
Şekil 4.12: GPS-X’te çalışılan dosyanın kaydedilmesi ............................................. 67
Şekil 4.13: GPS-X’te ünite ve elemanların isimlendirilmesi ..................................... 67
Şekil 4.14: GPS-X’te oluşturulan İBAAT akım şeması ............................................ 68
Şekil 4.15: GPS-X’te giriş suyu modelinin seçilmesi ................................................ 68
Şekil 4.16: GPS-X’te giriş suyu karakterizasyonunun modele tanıtılması ................ 68
Şekil 4.17: GPS-X’te giriş suyu karakterizasyonu tablosu ........................................ 69
Şekil 4.18: GPS-X’te giriş debisi bilgisinin modele tanıtılması ................................ 70
Şekil 4.19: GPS-X’te giriş debisinin modele girilmesi .............................................. 70
Şekil 4.20: GPS-X’te ünite hacimlerinin modele girilmesi ....................................... 70
Şekil 4.21: GPS-X’te anaerobik, anoksik ve aerobik tankların boyutlandırılmasının
modele girilmesi .................................................................................... 71
Şekil 4.22: GPS-X’te içsel geri devir debisinin modele girilmesi ............................. 71
Şekil 4.23: GPS-X’te son çökeltim tankı modelinin seçilmesi .................................. 72
Şekil 4.24: GPS-X’te son çökeltim tankı türünün seçilmesi ve boyutlandırmanın
modele girilmesi .................................................................................... 72
Şekil 4.25: GPS-X’te son çökeltim tankından yapılan geri devrin modele
tanıtılması .............................................................................................. 73
Şekil 4.26: GPS-X’te çamur yaşının tanımlanması ................................................... 74
Şekil 4.27: GPS-X’te çamur ünitelerinin modelinin seçilmesi .................................. 74
Şekil 4.28: GPS-X’te çamur ünitelerinin giderim verimi ve çıkış katı madde
konsantrasyonun modele tanıtılması ..................................................... 75
Şekil 4.29: GPS-X’te karbon ayakizi girdi parametrelerinin ayarlanması ................ 76
Şekil 4.30: GPS-X’te sera gazlarının karbondioksit eşdeğerinin modele girilmesi .. 76
Şekil 4.31: GPS-X’te simülasyon ekranına geçiş ...................................................... 77
Şekil 4.32: GPS-X’te simülasyon ekranı ................................................................... 78
Şekil 4.33: GPS-X’te simülasyon ekranında yeni çıktı sekmesinin oluşturulması.... 79
Şekil 4.34: GPS-X’te simülasyon ekranında incelenmek istenen karbon ayakizi
çıktılarının seçilmesi ............................................................................. 79
Şekil 4.35: GPS-X’te simülasyonun başlatılması ...................................................... 79
Şekil 4.36: GPS-X’te simülasyon çıktılarının raporlanması ...................................... 80
Şekil 4.37: GPS-X’te simülasyon sırasında girdi değiştirmek için kontrol seçimi
(debi örneği) .......................................................................................... 80
Şekil 4.38: GPS-X’te girdi değerini simülasyon sırasında değiştirme (debi örneği) . 80
Şekil 4.39: GPS-X’te simülasyon sırasında girdi kontrolü değişim ayarları ............. 81
Şekil 4.40: GPS-X’te simülasyon sırasında değiştirilecek girdi değerinin minimum
ve maksimum değerlerinin seçilmesi ve ‘Data File...’ tuşu .................. 81
Şekil 4.41: GPS-X’te ‘Data File’ menüsü ................................................................. 81
Şekil 4.42: GPS-X’te simülasyon çıktısı için yeni sekme açma ................................ 81
Şekil 4.43: GPS-X’te simülasyonda ‘Carbon Footprint’ çıktı menüsünün açılması . 82
Şekil 4.44: GPS-X’te ‘Carbon Footprint’ çıktı menüsü ............................................ 82
Şekil 4.45: GPS-X’te debiye göre değişen sera gazı salımı miktarının grafik olarak
gösterimi ............................................................................................... 82
Şekil 5.1: Ambarlı İBAAT akım şeması .................................................................... 88
Şekil 5.2: Ataköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması ........................ 91
Şekil 5.3: Büyükçekmece İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması ........... 93
Şekil 5.4: Çanta İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması........................... 95
Şekil 5.5: Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması ....................... 97
xxi
Şekil 5.6: Selimpaşa İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması ................... 99
Şekil 5.7: Silivri İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi ............................................. 101
Şekil 5.8: Tuzla I Birincil Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması ................................. 103
Şekil 5.9: Tuzla II Tesisi akım Şeması .................................................................... 105
Şekil 6.1: Biyolojik atıksu arıtma tesislerinin IPCC (2006) Rehberine göre
hesaplanan kişi başı sera gazı emisyonu potansiyellerinin
karşılaştırılması ................................................................................... 111
Şekil 6.2: Biyolojik atıksu arıtma tesislerinin deşarj karakterizasyonu ................... 115
Şekil 6.3: Biyolojik atıksu arıtma tesislerinin GPS-X modeliyle hesaplanan kişi başı
sera gazı emisyonu potansiyellerinin karşılaştırılması ....................... 118
Şekil 6.4: Biyolojik atıksu arıtma tesislerinin birim debi başına sera gazı emisyon
potansiyelleri yönünden karşılaştırılması ........................................... 119
Şekil 6.5: GPS-X modelinde oluşturulan Ambarlı İBAAT 2. Kademe akım
şeması .................................................................................................. 120
Şekil 6.6: Çamur yaşının deşarj karakterizasyonuna etkisi ..................................... 121
Şekil 6.7: Çamur yaşının Kapsam 1 net sera gazı emisyonu miktarına etkisi ......... 122
Şekil 6.8: Havalandırma tankı ÇO konsantrasyonunun deşarj karakterizasyonuna
etkisi .................................................................................................... 123
Şekil 6.9: Havalandırma tankı ÇO konsantrasyonunun Kapsam 1 net sera gazı
emisyonu miktarına etkisi ................................................................... 124
Şekil 6.10: Havalandırma tankı ÇO konsantrasyonunun biyolojik tanklardan
doğrudan N2O gazı emisyonuna etkisi ................................................ 124
Şekil 6.11: KOİ/TKN oranının deşarj karakterizasyonuna etkisi ............................ 126
Şekil 6.12: KOİ/TKN oranının Kapsam 1 net sera gazı emisyonu miktarına etkisi 127
Şekil 6.13: Şok debi girişinin deşarj karakterizasyonuna ve sera gazı emisyonuna
etkisi .................................................................................................... 128
xxii
xxiii
EVSEL ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDEN KAYNAKLANAN SERA GAZI
SALIMININ TAHMİNİ
ÖZET
İnsan faaliyetleri sonucu atmosfere salınan sera gazları küresel ısınmaya neden
olmakta ve yağış rejimi değişiklikleri ile sıcaklık dalgası, kuraklık ve taşkın gibi
olayların gözlenme sıklığındaki artış, bölgesel ve küresel iklim değişikliğini işaret
etmektedir. Sanayi Devrimi’nden bu yana artan nüfus, üretim ve tüketim sonucu
ivmelenen insan kaynaklı sera gazı emisyonu, sahip olduğu ivmeyle artmaya devam
ederse, çevre üzerinde geri dönülemez etkilerinin olacağı tahmin edilmektedir.
Küresel ortalama yüzey sıcaklık artışı, 1880-2012 döneminde, 0,9°C’dir. Uluslararası
platformda küresel ısınmaya yönelik yapılan bilimsel çalışmalar, 2050 yılına kadar
insan kaynaklı sera gazı emisyonlarının neden olduğu küresel ortalama sıcaklık
artışının, Sanayi Devrimi öncesindeki artıştan 2°C fazlası ile sınırlandırılması
gerektiğine işaret etmektedir. Bahsedilen hedefin gerçekleştirilebilmesi, her ekonomik
sektörün, artan teknolojik olanaklarla, emisyon azaltım görevini yerine getirmesini
gerektirmektedir.
Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi kapsamında, IPCC
tarafından yapılan çalışmalar sonucu belirlenen ekonomik sektörler enerji, endüstriyel
prosesler ve ürün kullanımı, tarım, ormancılık ve diğer arazi kullanımı ve atık
sektörüdür. Atık sektöründen sera gazı emisyonu, küresel ölçekte insan kaynaklı
emisyon miktarının yaklaşık %3’üne denk gelmekte, atıksu arıtımı ise atık sektörünün
yaklaşık %20’sini oluşturmaktadır.
Evsel atıksu arıtma tesislerinden salınan sera gazları karbondioksit (CO2), metan (CH4)
ve nitröz oksittir (N2O). CH4 ve N2O’in küresel ısınma potansiyelleri sırasıyla 28 ve
265 CO2 eşd’dir. Sera Gazı Protokolü’ne göre, atıksu arıtmada, mikroorganizma
faaliyetleri sonucu oluşan (biyojenik) CO2 gazı salımı, insan kaynaklı sera gazı
emisyonu olarak değerlendirilmemektedir. Atıksu toplama kanallarında ve tesiste
anaerobik koşullarda organik maddenin biyolojik olarak bozunmasıyla CH4 gazı
oluşurken, havalandırma tankında Amonyum Oksitleyici Bakteri (AOB)’lerin
nitrifikasyonu ve denitrifikasyonu (düşük çözünmüş oksijen ve yüksek NO2-N
konsantrasyonunda) ile anoksik tankta heterotrofik denitrifikasyon proseslerinde N2O
gazı ara ürün olarak oluşmaktadır. Oluşan çözünmüş sera gazlarının sıvı fazdan ayrılıp
atmosfere salınması ise havalandırma ve sıvı akımı türbülansından
kaynaklanmaktadır.
Sera Gazı Protokolü’ne göre, tesis sınırları içinde atıksu arıtımından kaynaklanan ve
biyojenik olmayan sera gazı emisyonları, tesisten doğrudan salınan sera gazı emisyonu
olarak Kapsam 1 çerçevesinde raporlanmaktadır. Kapsam 2’de, tesiste kullanılmak
üzere dışarıdan alınan enerjiye bağlı sera gazı emisyonu, Kapsam 3’te ise dışarıdan
satın alınan bütün malzemelerin üretiminden, üretilen ürünün kullanımından,
çalışanların ve tedarik zincirindeki ulaşım faaliyetlerinden kaynaklı sera gazı
emisyonu raporlanmaktadır.
xxiv
Evsel atıksu arıtma tesislerinden salınan sera gazı emisyonu miktarı, Birleşmiş
Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi taraflarının yıllık ulusal sera gazı
emisyonlarını belirlemeleri amacıyla, IPCC tarafından seçilen emisyon faktörlerini
içeren, IPCC (2006) Ulusal Sera Gazı Envanteri Rehberi ile büyük ölçekli emisyon
tahminlerine uygun olarak hesaplanabilmektedir. Bunun dışında, matematiksel
modeller ve bilgisayar simülasyonları ile tesise özgü koşullar dikkate alınarak
tesislerden kaynaklanan doğrudan sera gazı emisyonu daha hassas tahmin
edilebilmektedir.
Bu çalışma kapsamında, İstanbul’daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesisinden
(Ambarlı, Ataköy, Büyükçekmece, Çanta, Paşaköy, Selimpaşa, Silivri ve Tuzla II ileri
biyolojik atıksu arıtma tesisleri ile Tuzla I ikinci kademe atıksu arıtma tesisi)
kaynaklanan doğrudan sera gazı emisyonu Kapsam 1 çerçevesinde, 2020 yılı nüfus ve
kirlilik yükü değerlerine göre, IPCC (2006) Rehberi ve GPS-X simülasyon modeli
kullanılarak tahmin edilmiştir.
IPCC (2006) Rehberine göre incelenen 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesisinin
toplam N2O ve CH4 emisyon potansiyelleri sırasıyla 6.779 ve 218.593 t CO2 eşd/yıl,
toplam sera gazı emisyonu ise 225.372 t CO2 eşd/yıl’dır. GPS-X modeli kullanılarak
hesaplanan toplam N2O ve CH4 emisyon potansiyelleri sırasıyla 690.114 ve 37.429 t
CO2 eşd/yıl’dır. GPS-X modeli ile hesaplanan toplam sera gazı emisyonu miktarı ise
687.357 t CO2 eşd/yıl’dır. Tesislerin giriş azot yükü başına toplam birim sera gazı
emisyonu IPCC (2006) Rehberi ve GPS-X modeliyle sırasıyla %0,09 N2O-N/Ngiriş ve
%9 N2O-N/Ngiriş olarak hesaplanmıştır. Literatürde, tam ölçekli besi gideriminin
yapıldığı atıksu arıtma tesislerinden birim sera gazı emisyonunun %0,003-25 N2O-
N/Ngiriş yükü aralığında olduğu belirtilmektedir. Çalışmada her iki yöntemle
hesaplanan sonuçlar literatür bilgisiyle karşılaştırıldığında, sonuçların gerçeğe uygun
olduğu sonucuna varılmaktadır. İki yöntem sonuçları arasındaki farkın sebebi, IPCC
(2006) Rehberine göre yapılan hesaplarda kullanılan doğrudan N2O emisyon
faktörünün (3,2 g N2O/kişi/yıl), biyolojik besi maddesi giderimi yapılmayan atıksu
arıtma tesisine dayanmasıdır. Dolayısıyla azot giderim mekanizmalarından
kaynaklanan N2O emisyonunun dikkate alınmaması sonucu, bu yöntemle hesaplanan
N2O emisyon miktarı görece daha azdır. GPS-X modeli ile hesaplanan N2O emisyon
miktarı ise, N2O üreteminde rol oynayan nitrifikasyon ve denitrifikasyon
mekanizmalarını içermektedir.
IPCC (2006) Rehberine göre biyolojik arıtma tesislerinden kaynaklanan CH4 gazı
emisyonu miktarı, GPS-X modeli ile hesaplanan değerden daha fazladır. GPS-X
modelinde salınan CH4 emisyonu miktarı olarak, anaerobik çürütücüde üretilen CH4
miktarının ~0,1’inin atmosfere kaçmasından kaynaklandığı ve biyolojik arıtma
tanklarından CH4 gazı salımı olmadığı kabul edilmektedir. IPCC (2006) Rehberinde
tanımlanan maksimum CH4 üretim kapasitesi (0,25 kg CH4/kg KOİ), organik
maddenin optimum şartlarda en yüksek verim ile anaerobik olarak çürütülmesinden
oluşacak CH4 miktarını verdiğinden, bu yöntem ile hesaplanan CH4 emisyon faktörü
değerleri literatür değerlerinden fazla çıkmaktadır. Hesaplarda kullanılan maksimum
CH4 üretim kapasitesi olarak 0,16-0,18 kg CH4/kg KOİ aralığında bir değer kabul
edildiğinde, elde edilen CH4 emisyon faktörü değerlerinin literatür ile uyumlu olduğu
sonucuna varılmıştır.
Biyolojik atıksu arıtma tesislerinden doğrudan sera gazı emisyonunu etkileyen kritik
faktörler, Ambarlı İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi Nihai Kademesi için GPS-X
modeli kullanılarak incelenmiştir. Bu çerçevede, Senaryo 1 kapsamında, KOİ/TKN
xxv
oranı sadece TKN değeri ile değiştirilerek, atıksu KOİ/TKN oranının tesislerden
doğrudan sera gazı emisyonuna olası etkisi incelenmiştir. Senaryo 2’de sadece tesis
çamur yaşı ve Senaryo 3’te sadece havalandırma havuzundaki çözünmüş oksijen
seviyesi değiştirilerek, tesis işletme şartlarının, tesisten doğrudan sera gazı emisyonu
değişimi incelenmiştir. Senaryo 4’te, şok debi yüklemesi ile tesisin iklim şartları
nedeniyle aniden maruz kalacağı hidrolik koşulların doğrudan sera gazı emisyonuna
etkisi incelenmiştir.
Besi maddesi gideriminin yapıldığı biyolojik atıksu arıtma tesislerinden salınan N2O
emisyonunun en büyük nedeninin AOB denitrifikasyonu olduğu düşünülmektedir.
Nitrifikasyon bölgesinde düşük O2 konsantrasyonunda, ortamda yeterince NO2-
konsantrasyonu olduğunda AOB’ler NO2-’i e- alıcı olarak kullanıp kısmi
denitrifikasyon yapmaktadırlar. AOB’lerin bünyesinde N2O indirgeyici enzim
bulunmadığından, bu tür denitrifikasyonda N2O’in son ürün olduğu söylenebilir.
Nitrifikasyonda AOB’ler tarafından üretilen N2O miktarı düşük çözünmüş oksijen
konsantrasyonuyla artmaktadır.
Çalışmada, elde edilen sonuçlar, KOİ/TKN oranı düşük olan tesislerde, N2O
emisyonunun arttığını göstermektedir. Bunun sebebi, KOİ/TKN düşük olduğunda,
ortamda karbonun limitleyici faktör olması ve bunun sonucu nitrifikasyonun
tamamlanamaması ile NO2-N konsantrasyonunun artmasıdır. Artan NO2-N
konsantrasyonuyla, AOB denitrifikasyonu ve dolayısıyla N2O emisyonu artmaktadır.
Çamur yaşının biyolojik atıksu arıtma tesislerinden doğrudan sera gazı emisyonuna
etkisi incelendiğinde, artan çamur yaşı ile doğrudan sera gazı emisyonun azaldığı
görülmüştür. Bunun sebebi, büyüme hızı yavaş olan ototrofik nitrifikasyon
bakterilerinin, küçük çamur yaşında tam nitrifikasyon yapamaması ve buna bağlı
olarak NO2-N birikmesidir. Ortamda NO2-N konsantrasyonu arttığında AOB’lerin
denitrifikasyon faaliyetleri ve dolayısıyla N2O emisyonu da artmaktadır.
Çalışmada, havalandırma tankındaki çözünmüş oksijen seviyesi arttığında,
nitrifikasyon veriminin arttığı ve aerobik tanktan N2O emisyonunun azaldığı
görülmektedir. Bunun sebebi artan oksijen seviyesi ile AOB denitrifikasyonunun
azalmasıdır. Ancak fazla havalandırma, geri devir çamuruyla çözünmüş oksijenin
anaerobik ve anoksik tanka taşınmasına sebep olmuş ve bu tanklarda denitrifikasyon
enzimlerinin inhibe olması sonucu N2O emisyonun arttığı gözlenmiştir. Buna rağmen,
havalandırma tankından N2O emisyonu miktarı anaerobik ve anoksik tanktaki emisyon
miktarından oldukça yüksek olduğu için, tesisin toplam sera gazı emisyonu artan
çözünmüş oksijen seviyesi ile azalmaktadır.
Ambarlı İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisinin 7-8 saat boyunca tasarım debisinin
%50 fazlası şok debiye maruz kalması durumu GPS-X modeline tanımlanmıştır.
Tesisten doğrudan sera gazı emisyonu ve deşarj konsantrasyonlarının, aniden artan
debi ile arttığı ancak debi normale döndükten sonra yeniden normal değerlerine geri
döndüğü gözlenmiştir.
Çalışmada, biyolojik atıksu arıtma tesislerinde KOİ/TKN oranı yüksek olduğunda
artan N2O emisyonunu engellemek için, tesiste varsa ön çökeltimi azaltarak veya
dışarıdan karbon ilavesi yaparak KOİ/TKN oranını nitrifikasyonu ve denitrifikasyonu
etkilemeyecek seviyede tutmaya çalışmak önerilmektedir. Düşük çamur yaşıyla
bağlantılı kısmi nitrifikasyon sonucu artan sera gazı emisyonunu engellemek için de
çamur yaşının yeterince uzun tutulması tavsiye edilmektedir. Havalandırmaya bağlı
sera gazı emisyonunu kontrol etmek için, tesisler aerobik bölgede oksijen seviyesi
optimum olacak şekilde (<3 mg/L) işletilmelidir.
xxvi
xxvii
ESTIMATION OF GREENHOUSE GAS EMISSION FROM DOMESTIC
WASTEWATER TREATMENT PLANTS
SUMMARY
Anthropogenic greenhouse gas emissions lead to global warming, and consequent
changes in the precipitation regime, thus increasing the occurrence frequency of
extreme weather events, such as heat waves, cold waves, drought, and flood. With
population, production and consumption rapidly increasing since the Industrial
Revolution, it is estimated that irreversible side effects on the environment will be
observed, if emissions related to anthropogenic activities will continue to increase with
the same speed.
Between years 1880 and 2012, global mean surface temperature increase is reported
to be 0.9°C. Scientific studies on global warming at the international level indicate that
the global mean temperature rise caused by human-induced greenhouse gas (GHG)
emissions should be limited to 2°C above the increase in human-induced GHG
emissions prior to the Industrial Revolution. In order to achieve this goal, every
economic sector needs to fulfill its duty to reduce emissions with the help of increasing
technological opportunities.
Within the context of the United Nations Framework Convention on Climate Change
(UNFCCC), the economic sectors identified by the IPCC are; economy, energy,
industrial processes and product use, agriculture, forestry and other land use, and the
waste sector. Greenhouse gas emissions from the waste sector account for
approximately 3% of global human-induced emissions, while wastewater treatment
accounts for the 20% of the waste sector.
The greenhouse gases released from domestic wastewater treatment plants are carbon
dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O). The global warming potentials
of CH4 and N2O are 28 and 265, respectively. According to the Greenhouse Gas
Protocol, the emission of CO2 gas, which is the result of microorganism activities
(biogenic) in wastewater treatment, is not considered among human-induced
greenhouse gas emissions. CH4 occurs in biological treatment of organic matter in
anaerobic conditions in wastewater collection channels and treatment plants, while
N2O gas is formed as an intermediate product by the nitrification and denitrification of
ammonia oxidizing bacteria (AOBs) in the aeration tank (low dissolved oxygen & high
NO2-N concentration) and in heterotrophic denitrification processes in anoxic tanks.
The release of dissolved greenhouse gases from the liquid phase to the atmosphere is
due to the ventilation and current turbulence.
AOBs, which play a role in nitrification at wastewater treatment plants, obtain energy
when aerobic conditions oxidize NH4+ to NO2
- by nitrification reaction, and N2O is
formed as an intermediate product in this reaction chain. The amount of N2O produced
by AOBs in nitrification increases with low dissolved oxygen concentration. When
low concentrations of O2 and sufficient NO2- are present in the nitrification zone,
xxviii
AOBs use NO2- as an e- receptor and perform partial denitrification. It can be said that
N2O is the final product in AOBs denitrification since there is no N2O reducing enzyme
in the AOBs. It is suggested that the largest contributor of N2O emissions released
from biological wastewater treatment plants is the AOB denitrification reaction.
According to the Greenhouse Gas Protocol, emissions of non-biogenic greenhouse
gases arising from wastewater treatment within the boundaries of the facility are
reported in Scope 1 as greenhouse gas emissions directly emitted from the facility. In
Scope 2, the external energy-related greenhouse gas emissions are reported. While in
Scope 3, emissions of greenhouse gases arising from the production of all materials
purchased from outside, from use of produced product, from employees and
transportation activities in the supply chain are reported.
The amount of greenhouse gas emissions emitted from domestic wastewater treatment
plants can be calculated in accordance with the IPCC (2006) National Greenhouse Gas
Inventory Guideline, which includes the emission factors selected by the IPCC for the
purpose of determining the annual national greenhouse gas emissions of the United
Nations Framework Convention on Climate Change parties. In addition, direct
greenhouse gas emissions from the treatment plants can be estimated more precisely
by taking into account the mathematical models and computer simulations as well as
the specific conditions.
Within the scope of this study, direct greenhouse gas emissions from 9 major
biological wastewater treatment plants in Istanbul (namely; Ambarli, Atakoy,
Buyukcekmece, Canta, Pasakoy, Selimpasa, Silivri and Tuzla II advanced biological
wastewater treatment plants and Tuzla I primary wastewater treatment plant) is
estimated using the IPCC (2006) Guideline and GPS-X simulation model, based on
the population and pollution loada of 2020 projections.
According to the IPCC (2006) Guideline, the direct emission factor is 3.2 g
N2O/cap/year while the indirect emission factor is 5 g N2O/g Ndischarge. In the study, it
is accepted that industrial wastewater enters the municipal wastewater network. The
amount of nitrogen in the discharged water is calculated for indirect N2O emission
after discharge. In order to do this, the TN concentration specified in the discharge
standards was multiplied by the plant flowrate to achieve the discharge nitrogen load.
While calculating the CH4 emission amount according to the IPCC (2006) Guideline,
the facility’s input COD load was accepted as the total amount of organic matter in the
wastewater. Accordingly, CH4 emission factor was found by multiplying the
maximum CH4 production capacity and the CH4 correction factor (MCF), where the
maximum CH4 production capacity was selected as 0.25 kg CH4/ kg COD and the
methane correction factor is selected to be 0.8 for anaerobic digesters.
The GPS-X simulation program developed by Canadian Hydromantis Firm defines
basic plant processes that can be used in different configurations of water and
wastewater treatment. In the GPS-X model, steady state and dynamic simulations can
be run selectively, and the standard temperature-sensitive biokinetic models, such as
ASM1, ASM2d, ASM3, and 2-stage nitrification (Mantis 2) are also available. The
Mantis3 module is used for carbon footprint calculations of wastewater treatment
plants. With the GPS-X model, the total emission amount for each unit of greenhouse
gas emission and Scope 1, 2, and 3 can thus be calculated. The amount of methane
recovered from anaerobic processes is also included in the model and the Mantis3
module includes energy calculations as well.
xxix
According to the IPCC (2006) Guideline, the total N2O and CH4 emission potential of
the plants are 6779 and 218593 t CO2 eq/year respectively. The total greenhouse gas
emission calculated according to the IPCC (2006) Guideline is 225372 t CO2 eq/year.
The total N2O and CH4 emission potential of biological treatment plants calculated
using the GPS-X model are 690114 and 37429 t CO2 eq/year respectively and the total
amount of greenhouse gas emissions calculated with the GPS-X model is 687357 t
CO2 eq/year. Total greenhouse gas emissions per unit input nitrogen load of the plants
were calculated as 0.09% N2O-N/Ninput and 9% N2O-N/Ninput with IPCC (2006)
Guideline and GPS-X model respectively. Literature states that the unit of GHG
emissions from full scale BNR plants is in-between 0.003-25% N2O-N/Ninput. As the
results calculated by the above-mentioned methods in this study are compared with the
literature figures, it is concluded that the results are compatible with previous studies.
The reason for the difference between the result of two methods is that the direct N2O
emission factor (3.2 g N2O/cap/year) used in the calculations made with respect to the
IPCC (2006) Guideline is based on a wastewater treatment plant without biological
nutrient removal. The amount of N2O emissions calculated by the GPS-X model
includes the nitrification and denitrification mechanisms that play a role in producing
N2O. Therefore, as the N2O emission due to the nitrogen removal mechanisms was not
considered, the N2O emission amount calculated by the IPCC (2006) Guideline is less
than the result based on the GPS-X model.
In addition, the amount of CH4 gas emissions from biological treatment plants
calculated according to the IPCC (2006) Guidelines is more than the value calculated
by the GPS-X model. In the GPS-X model, it is assumed that the amount of released
CH4 emissions is due to fugitive emissions of ~0.1 of the amount of CH4 produced in
the anaerobic digester. The GPS-X model assumes that there is no CH4 emissions from
biological treatment tanks. As the maximum CH4 production capacity (0.25 kg CH4/kg
COD) defined in the IPCC (2006) Guidelines gives the amount of CH4 resulting from
anaerobic digestion of the organic matter under optimum conditions with the highest
yield, the CH4 emission factor values calculated by this method exceed the literature
values. When the maximum CH4 production capacity is selected in between 0.16-0.18
kg CH4/kg COD, it is concluded that the obtained CH4 emission factor values are in
accordance with the literature.
Critical factors affecting direct greenhouse gas emissions from biological wastewater
treatment plants have been investigated using the GPS-X model for the Ambarlı
Advanced Biological Wastewater Treatment Plant Final Stage. Within this context,
Scenario 1 presumes that the COD/TKN ratio is changed with the varying TKN values,
and examines the possible impact of the wastewater COD/TKN ratio on the
greenhouse gas emissions from the facilities. On the other hand, only the sludge age
parameter in Scenario 2 and only the dissolved oxygen level in the aeration tank in
Scenario 3 was altered in order to investigate the effect of plant operating conditions
on greenhouse gas emissions. Finally, Scenario 4 examines the effect of hydraulic
conditions on the direct GHG emissions due to climatic conditions, with shock loading.
In this study, it was concluded that N2O emissions were higher in plants with higher
TKN concentrations. When the concentration of NO2-N in the nitrification tank is high,
the denitrification activities of the AOBs increase. Furthermore, the results show that
the N2O emission is increased when the COD/TKN ratio is low. This is because when
COD/TKN is low, carbon becomes the limiting factor in the sludge, and the NO2-N
xxx
concentration increases with the incomplete nitrification. With increasing NO2-N
concentration, AOB denitrification and hence N2O emissions are increasing as well.
It is recommended to keep the COD/TKN ratio at a level that does not affect
nitrification and denitrification processes by reducing the activity of the primary
sedimentation, or by adding an external carbon source, in order to prevent the
increased N2O emission.
When the influence of sludge age on direct GHG emissions from biological wastewater
treatment plants is examined, direct GHG emissions are observed to decrease with
increasing sludge age. The reason is that as the growth rate of autotrophic nitrification
bacteria is slow, it is unable to complete nitrification at the time of low sludge age and
accumulation of NO2-N concentration as a result of incomplete nitrification. When the
concentration of NO2-N in the reactor is increased, the denitrification activities of the
AOBs and thus the N2O emissions are increased.
Since low sludge age results in increasing GHG emissions, to complete the nitrification
it is recommended that the sludge age be kept long enough to prevent partial
nitrification, which is caused by.
In this study, it is observed that the nitrification efficiency increases and the N2O
emission from the aerobic tank decreases, when the dissolved oxygen level in the
aeration tank of the treatment plant increases. This is due to the decrease in the
denitrification of AOB with increased oxygen level. However, excessive ventilation
caused the transfer of dissolved oxygen to the anaerobic and anoxic tank by the
recycled sludge, and the inhibition of denitrification enzymes in these tanks resulted
in increased N2O emissions. Nevertheless, since the amount of N2O emissions from
the aeration tank is considerably higher than the amount emitted in the anaerobic and
anoxic tank, it is concluded that the total greenhouse gas emission of the plant is
reduced with increasing dissolved oxygen level. In order to control ventilation-related
GHG emissions, plants should be operated with optimal oxygen level in the aerobic
area (<3 mg/L).
Finally, the scenario in which the Ambarli Advanced Biological Wastewater
Treatment Plant is exposed to 50% shock load is examined via the GPS-X model. It
was observed that direct greenhouse gas emission and discharge concentrations
increased suddenly with increasing flow, however they returned to regular values after
the flow returned to normal as well.
1
1. GİRİŞ
İnsan faaliyetleri sonucu atmosfere salınan sera gazlarının küresel ısınmaya neden
olduğu bilinmektedir. Küresel ısınmaya bağlı olarak yağış rejimi değişimleri, sıcaklık
dalgası, kuraklık ve taşkın gibi olayların gözlenme sıklığındaki artış, bölgesel ve
küresel iklim değişikliğini işaret etmektedir.
Sanayi Devrimi’nden beri artan insan kaynaklı sera gazı emisyonu, aynı ivme ile
artmaya devam ettiği takdirde Dünya’nın daha da ısınacağı, iklim sistemi
bileşenlerinin daha fazla etkileneceği ve çevre üzerinde geri dönülemez etkilere neden
olacağı tahmin edilmektedir. Bu nedenle uluslararası platformda küresel ısınmaya
karşı önemler alınmaya çalışılmaktadır. 2050 yılına kadar, insan kaynaklı sera gazı
emisyonunun neden olduğu küresel ortalama sıcaklık artışının, Sanayi Devrimi öncesi
döneme göre 2°C ile sınırlandırma hedefinin Paris Antlaşması ile 192 ülke tarafından
kabul edilmesi bu yolda atılan iyi niyetli bir adımdır. Ancak bu hedefin
gerçekleştirilmesi, her ekonomik sektörün üzerine düşen emisyon azaltım görevini
yerine getirmesini gerektirmektedir.
Küresel ısınmanın önüne geçmek amacıyla, her ekonomik sektöre olduğu gibi atık
sektörüne yönelik emisyon sınırlandırma uygulamalarının da yakın bir gelecekte
faaliyete geçmesi beklenmektedir. Bu nedenle atıksu arıtma tesislerden salınan
emisyon miktarının belirlenmesi, koyulacak sınırlandırmalar ve alınacak önlemler
açısından büyük önem taşımaktadır.
1.1. Tezin Amacı ve Kapsamı
Tezin amacı, evsel atıksu arıtma tesislerinin sera gazı emisyonu miktarını tahmin
etmek ve emisyon miktarını etkileyen faktörleri incelemektir. Bu kapsamda, İSKİ’ye
ait Ambarlı, Ataköy, Çanta, Paşaköy, Selimpaşa, Silivri ve Tuzla İleri Biyolojik Atıksu
Arıtma Tesisleri ile Tuzla İkinci Kademe Atıksu Arıtma Tesisinden kaynaklanan
doğrudan sera gazı emisyon potansiyeli, IPCC (2006) Rehberi’nden yararlanılarak ve
GPS-X bilgisayar simülasyon modeli kullanılarak 2020 yılı debi ve kirlilik yükleri için
2
ayrı ayrı hesaplanmıştır. Atıksu özellikleri ve işletme koşullarının emisyona etkisini
daha detaylı araştırmak üzere, Ambarlı İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisinin 2.
Kademesinden (Nihai Kademe) kaynaklanan sera gazı emisyonuna atıksu KOİ/TKN
oranı, çamur yaşı, havalandırma havuzundaki çözünmüş oksijen konsantrasyonu ve
şok debi yüklemesi gibi faktörlerin etkisi incelenmiştir.
1.2. Literatür Araştırması
Çalışma kapsamında, sera etkisi ve küresel ısınma ile iklim değişikliği ile ilgili temel
bilgiler ve güncel verilere Climate Change: The Physical Science Basis (IPCC, 2007;
IPCC, 2013), Climate Change: Synthesis Report (IPCC, 2014), Towards New
Scenarios for Analysis of Emissions, Climate Change, Impacts, and Response
Strategies (Moss ve diğ, 2008) ve Climate Change Indicators in the United States:
Atmospheric Concentrations of Greenhouse Gases (EPA, 2015) kaynaklarından
ulaşılmıştır.
Türkiye’ye ait verilerde İklim Değişikliği Ulusal Eylem Planı (ÇŞB, 2011), Türkiye
İklim Değişikliği 5. ve 6. Bildirimi (ÇŞB, 2013; ÇŞB, 2016) ve İklim Değişikliğinin
Su Kaynaklarına Etkisi Projesi Sunumu (OSİB, 2016), kaynakları kullanılmıştır.
Atıksu arıtma tesislerinden sera gazı emisyonu araştırmasında genel olarak Nitrous
Oxide Emissions From Municipal Wastewater Treatment (Czepiel ve diğ, 1995),
Methane Emissions From Municipal Wastewater Treatment Processes (Czepiel ve diğ,
1993), Methane Emission During Municipal Wastewater Treatment (Daelman ve diğ,
2012), Nitrous Oxide Generation in Full-Scale Biological Nutrient Removal
Wastewater Treatment Plants (Foley ve diğ, 2010), Nitrous Oxide Emission During
Wastewater Treatment (Kampschreur ve diğ, 2009), Nitrous Oxide Emissions From
Wastewater Treatment Processes (Law ve diğ, 2012), Role of Nitrifier Denitrification
in The Production of Nitrous Oxide (Wrage ve diğ, 2001) ve Mechanisms of N2O
Production in Biological Wastewater Treatment Under Nitrifying and Denitrifying
Conditions (Wunderlin ve diğ, 2012) kaynakları kullanılmıştır.
Modelleme ile ilgili literatür araştırmasında ise Evsel Organik Katı Atıklar ve Arıtma
Tesisi Çamurlarının Birlikte Anaerobik Arıtımının Modellenmesi (Dereli, 2006) ve
GPS-X Technical Reference - V.6.5 (Hydromantis, 2016) kaynakları incelenmiştir.
3
2. İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ
2.1. Sera Etkisi ve Küresel Isınma
İklim, belirli bir dönem (ay, milyon yıl) için sıcaklık, yağış ve rüzgar gibi hava
olaylarının ortalaması olarak tanımlanır ve atmosfer, yeryüzü, kar/buz, okyanus/diğer
su kütleri ile yaşayan canlılardan oluşan bir sistemdir. Güneş’ten gelen enerji (solar
radyasyon), volkan patlamaları ve insan faaliyetleri gibi dış etkenler iklim sistemi
dinamiklerini büyük ölçüde etkiler.
Güneş’in yaydığı kısa dalga boylu enerjinin kabaca üçte biri yeryüzüne ulaşamadan
atmosferden uzaya yansır. Geriye kalan solar enerji, yerküre ve atmosfer tarafından
tutulur (absorblanır). Absorblanan enerjinin dengelenmesi için aynı miktarda enerjinin
uzaya geri yansıtılması gerekir. Fakat Dünya Güneş’ten oldukça soğuk olduğu için,
yerküre ve okyanuslardan yansıyan termal radyasyon daha uzun dalga boyuna
(spektrumda infrared aralığına denk gelir) sahiptir, dolayısıyla bu enerji yerküreden
yansıdıktan sonra atmosferdeki sera gazları tarafından absorblanır ve uzaya geçişi
engellenir. Bu absorplanan enerjinin yerküreyi ısıtması olayına sera etkisi denir (Şekil
2.1). Doğal sera etkisi Dünya’nın canlılar için yaşanabilir bir gezegen olmasını sağlar,
ancak insan faaliyetleri sera etkisini yoğunlaştırır ve doğal olmayan bir sıcaklık
artışına, küresel ısınmaya yol açar.
Sera etkisi, atmosfer bileşiği ile doğrudan ilgilidir. Atmosferin %78’i olan azot ve
%21’i olan oksijen neredeyse hiç sera etkisine sebep olmazken, daha karmaşık ve
görece seyrek gazlar sera etkisine yol açar. Sera gazının Dünya’nın enerji dengesine
etkisi, atmosferdeki konsantrasyonuna ve yeryüzünden yansıyan radyasyonu
absorplama kapasitesine bağlıdır. Su buharı en önemli sera gazı olmasına rağmen,
atmosferdeki konsantrasyonu insan faaliyetlerinden doğrudan etkilenmez (dolaylı
etkilenme nedenleri sulama ve ormansızlaştırma faaliyetleridir) (Le Treut ve diğ,
2007). İnsan faaliyetleri sonucunda atmosferik konsantrasyonu doğrudan etkilenen ve
radyatif zorlama değeri (RZ değeri: iklim değişikliği mekanizmasını etkileyen
faktörlerin, Dünya’nın enerji dengesine etkisini gösteren bir ölçüdür (Wm-2), (IPCC,
4
2007)) en yüksek sera gazları; karbondioksit (CO2), kloroflorokarbonlar (CFCs),
metan (CH4), ozon (O3) ve nitröz oksittir (N2O) (Boucher O., 2001).
Şekil 2.1: Doğal sera etkisinin idealize edilmiş bir modeli (Le Treut ve diğ, 2007).
Küresel Isınma Potansiyeli
Çeşitli emisyonların iklime etkisini anlamak, bu etkileri birbirleriyle karşılaştırmak ve
emisyonları azaltmak için alınacak önlemleri belirlemek adına kapsayıcı ölçü birimleri
kullanılmaktadır. En yaygın ölçü birimi Kyoto Protokolü’nde kullanılmak üzere
Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (International Panel on Climate Change
(IPCC )) tarafından tanımlanan Küresel Isınma Potansiyeli (Global Warming Potential
(GWP))’dir. GWP, incelenen gaz için belirli bir zaman aralığında, belirli bir miktarda
emisyonunun neden olduğu kümülatif RZ değerinin, rölatif gaz olan CO2’in aynı
zaman aralığı ve emisyon miktarının kümülatif RZ değerine oranı olarak tanımlanır.
GWP, incelenen gazın, CO2’e göre iklim sistemine yüklediği toplam enerjidir, ancak
GWP sıcaklık veya diğer iklim sistemi değişkenleri ile ilgili doğrudan bir parametre
değildir. GWP “CO2 eşleniği emisyon” şeklinde ifade edilir. Kyoto Protokolü’nde
GWP değeri hesaplarında zaman aralığı 100 yıl olarak ifade edilmiştir. Seçilen zaman
aralığının GWP değerleri üzerinde etkisi oldukça fazladır (Çizelge 2.1).
5
Çizelge 2.1: Çeşitli sera gazlarının GWP değerleri (Myhre, 2013)
Kimyasal Adlandırma Formül Atmosferik
Ömür
(yıl)
GWP
(20 yıl)
GWP
(100 yıl)
Karbon dioksit CO2 -* 1 1
Metan CH4 12,4 84 28
Nitröz Oksit N2O 121 264 265
CFC-11 CCl3F 45 6900 4660
HCHC-21 CHCl2F 1,7 543 148
* CO2 için tek bir atmosferik ömür verilemez.
2.2. Küresel İklim Sisteminde Gözlemlenen Değişiklikler
IPCC tarafından 2014 yılında yayınlanan 5. Değerlendirme Raporu’na göre, 1880-
2012 döneminde küresel ortalama yüzey sıcaklık artışı 0,9°C’dir (Şekil 2.2). Kuzey
Yarım Küre’de 1983-2012 dönemi, son 1400 yılın en sıcak 30 yılıdır ve orta enlemdeki
karasal alanlarda yağış miktarı 1901’den bu yana artmıştır. Okyanus yüzeyi
tuzluluğundaki değişiklikler ise su döngüsündeki değişimi dolaylı yollardan
kanıtlamaktadır. Yüksek tuzluluk gözlenen, buharlaşmanın hakim olduğu bölgelerde
tuzlulukta artış; az tuzluluk gözlenen yağışın hakim olduğu bölgelerde tuzlulukta
düşüş gözlenmiştir.
Endüstriyel çağın başlangıcından bu yana okyanusların CO2 tutmasının
(absorplamasının) sonucu olarak, okyanus yüzeyinin pH’ı 0,1 azalmış ve asidite %26
oranında artmıştır. 1992-2011 periyodunda Grönland ve Güney Kutbu buz örtüsünde
kütle kaybı gözlenmiştir. 1901-2010 döneminde, deniz seviyesi küresel ortalaması
0,19 m artmıştır (Şekil 2.2) (IPCC, 2014).
2.3. İklim Değişikliğinin Nedenleri
İnsan kaynaklı sera gazlarından CO2, CH4 ve N2O atmosferik konsantrasyonları,
endüstriyel dönem öncesine göre büyük artış göstermiştir. 1700’lerin sonlarına doğru
ortalama atmosferik CO2 konsantrasyonu 280 ppm iken, 2013’te 399 ppm olarak
ölçülmüştür (%43 artış) (Şekil 2.3). Bu artışın tamamına yakını insan kaynaklı
faaliyetler sonucudur. 1750-2011 yılları arasında, kümülatif insan kaynaklı CO2’in
atmosferik konsantrasyonu 2040±310 Gt CO2’tir ve bu miktarın %40’ı (880±35 Gt
CO2) atmosferde, geri kalanı karada (bitkiler ve toprakta) birikmiştir. Okyanuslar ise
salınan CO2’in %30’unu absorplamış ve dolayısıyla daha asidik hale gelmiştir. İklim
6
değişikliğine karşı alınan önlemlere rağmen sadece 2010 yılında insan kaynaklı sera
gazı emisyonu 49±4,5 Gt CO2 eşd/yıl’dır. 1970-2010 yılları arasındaki insan kaynaklı
sera gazı emisyonundaki artışın %78’i fosil yakıt kullanımı ve endüstriyel
faaliyetlerden kaynaklanmıştır (IPCC, 2014).
Şekil 2.2: İklim sisteminde gözlemlenen değişiklikler (IPCC, 2014).
Atmosferdeki CH4 konsantrasyonu, endüstriyel çağ öncesi değerinin neredeyse iki
katına (1800 ppb) ulaşmıştır. Bu artışın sebebi ağırlıklı olarak tarım faaliyetleri ve fosil
yakıt kullanımıdır. N2O, 1920’lere kadar 280 ppb’nin altında konsantrasyona
sahipken, çoğunlukla tarımsal faaliyetler sonunca 2014’te ölçülen konsantrasyon
değeri 327 ppb’ye ulaşmıştır (Şekil 2.3) (EPA, 2015).
Şekil 2.4’te insan kaynaklı sera gazı emisyonları Gt CO2 eşd/yıl olarak 1970-2010
periyodu için verilmiştir. 1970-2000 yılları arasındaki kümülatif sera gazı emisyonu
yıllık artışı %1,3 iken bu oran 2000-2010 yılları arasında %2,2’ye ulaşmıştır. Fosil
yakıt kullanımı ve endüstriyel faaliyet kaynaklı CO2, ormancılık ve diğer arazi
kullanımı kaynaklı CO2, metan CH4, nitröz oksit N2O, Kyoto Protokolü’nde geçen
florlu bileşiklerin (F-gazları) yıllık emisyon miktarları şekilde verilmiştir.
Bu bilgiler ışığında, iklim değişikliğine en büyük etkinin insan faaliyetlerinden
kaynaklandığı söylenebilir. Fosil yakıt kullanımı ve endüstriyel prosesler insan
7
kaynaklı sera gazı emisyonlarının en büyük kaynağıdır. Ayrıca arazi kullanımı
değişiklikleri de iklim sistemini önemli ölçüde etkilemektedir. Tarım amaçlı kullanım
için ormanların tahrip edilmesi karbondioksiti tutan ve depolayan bitkilerin azalmasına
neden olur. Şehirleşme, arazi yapısını değiştirmekle, yağışla gelen suyun yüzeysel
akışa geçerek yeraltısuyuna karışması engelleyerek suyu kaynağından uzaklaşmakta
ve böylelikle yerel su döngüsü etkilenmektedir. Şehirlerde yoğunlaşan motorlu
araçlardan salınan sera gazları yerel hava kirliliğini arttırmaktadır. Şehir
merkezlerindeki ortalama sıcaklıklar, tarım ve orman arazilerinden daha yüksektir.
Şekil 2.3: MÖ 800000 ve 2014 arasındaki atmosferik CO2 , CH4 ve N2O değişimi.
Her bir renk başka bir veri kaynağını göstermektedir (EPA, 2015).
8
Şekil 2.4: Çeşitli insan kaynaklı sera gazlarının, 1970-2010 döneminde toplam yıllık
emisyonlarının değişimi (IPCC, 2014).
Şekil 2.5’te 2010 yılına ait insan kaynaklı sera gazı emisyonlarının çeşitli sektörlere
göre dağılımı verilmiştir. Enerji sektörü üretim, enerji dönüşümü, fosil yakıt kullanımı
ve kaçak CO2 salımı ile toplam %35’lik oranla en fazla sera gazı emisyonu yapan
ekonomik sektördür ve emisyonun %95’i CH4 ve N2O gazlarıdır. Enerji sektörünü
%18 ile endüstri faaliyetleri, %13 ile ulaşım, %11 ile ormancılık faaliyetleri, %10 ile
tarım, %8 ile inşaat sektörü ve %3 ile atık sektörü takip etmektedir. Endüstriyel
faaliyetlerde CO2, CH4, N2O, HFCs ve PFCs emisyonu, genellikle materyallerin
kimyasal veya fiziksel olarak biçim değiştirmeleri sonucu meydana gelir. Bunlara ek
olarak buzdolapları, köpükler ve aerosol kutularında sera gazları kullanılmaktadır.
Örneğin HFCs ozon tabakası inceltici maddelere alternatif olarak kullanılırken, SF6
koşu ayakkabılarında, N2O ise anestezi işlemlerinde kullanılmaktadır. Tarım,
ormancılık ve diğer arazi kullanımlarından kaynaklanan sera gazları CO2, N2O ve
CH4’dır. CO2 fotosentez, solunum, bozunma ve organik madde yakma
reaksiyonlarının bir sonucu olarak salınırken, N2O nitrifikasyon ve denitrifikasyon
reaksiyonlarının yan ürünüdür. CH4 ise toprak veya gübrenin anaerobik koşullarda
saklanması, enterik fermantasyon ve organik maddenin tam yanmaması sonucunda
salınır. Atık sektöründe ise, katı atık depolama, katı atığın biyolojik arıtımı, atık
9
yakma, atıksu arıtımı ve deşarjı kaynaklı CO2, CH4 ve N2O emisyonu gerçekleşir
(IPCC, 2006).
Şekil 2.5: Başlıca ekonomik sektörlere göre 2010 yılı yıllık küresel sera gazı
emisyonu oranları (UNEP, 2012).
2.4. İklim Değişikliğinin Etkileri
Çoğu bölgede gözlemlenen iklim değişikliği kaynaklı yağış değişimleri su
kaynaklarına kalite ve miktar açısından tehlike arz etmektedir. Birçok karasal, tatlı ve
tuzlu su türleri coğrafi yerlerini, mevsimsel aktivitelerini, göç yollarını değiştirmiş ve
tarım ürünlerinde verim düşüşü gözlenmiştir.
İklim değişikliğiyle alakalı sıcaklık dalgası, kuraklık, taşkın, kasırga ve kontrol
edilmesi güç orman yangınları olaylarının görülme sıklığı artmakta ve çoğu ekosistem
kötü etkilenmektedir.
10
2.5. Gelecekte İklim Değişikliği, Risk ve Etkileri
Sera gazı emisyonlarının mevcut ivme ile devam etmesi halinde, Dünya’nın daha da
ısınacağı ve iklim sisteminin bileşenlerinin daha fazla etkileneceği, insanlar ve
ekosisteme şiddetli ve geri dönülemez etkilere sebep olacağı tahmin edilmektedir.
İnsan kaynaklı sera gazı emisyonu büyük ölçüde popülasyon büyüklüğü, ekonomik
aktivite, yaşam tarzı, enerji kullanımı, arazi kullanımı, teknoloji ve iklim politikaları
parametreleriyle alakalıdır. Sera gazı emisyonu ve atmosferik konsantrasyon
projeksiyonunda kullanılan Temsili Konsantrasyon Rotaları (The Representative
Concentration Pathways (RCP)) Dünya İklim Araştırma Programı (World Climate
Research Programme (WCRP)) tarafından geliştirilen Coupled Model
Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) simülasyon grubu kapsamında bu
parametreleri kullanmaktadır. CMIP5 simülasyon paketi ile 1986-2005 dönemi baz
alınarak 2081-2100 dönemi tahmini yapılmıştır. 21.yy için 4 değişik RCP
kullanılmıştır (IPCC, 2014).
RCP8.5: Yüksek radyatif zorlama (RZ>8,5 W m2⁄ ) olacağı,
RCP6.0: 2100 sonrasında RZ’nın ~6,0 W m2⁄ ’da sabitleneceği,
RCP4.5: 2100-2150 yılları arasında RZ’nın ~4,5 W m2⁄ ’da sabitleneceği,
RCP2.6 (RCP3.0): Düşük RZ’nın 3,0 W m2⁄ ’de zirve yapıp 2,6 W m2⁄ ’ye
ineceği varsayılır.
Şekil 2.6’da, 4 değişik RCP’ye göre küresel ısınma ve deniz seviyesindeki artış
tahminleri verilmiştir.
RCP8.5’e göre, yağıştaki değişimlerin üniform olmaması beklenmektedir. Yüksek
enlem ve ekvator bölgesinde yıllık ortalama yağışta artış, orta enlem ve alt tropikal
kuru bölgelerde yağışta azalma, orta enlem ıslak bölgelerde ise artış olacağı tahmin
edilmektedir. Orta enlem kuşağındaki aşırı uç yağışların daha yoğun ve sık olması
beklenmektedir. Küresel ölçekte düşünüldüğünde, iklim sisteminde sıcaklık artışının
ve okyanusların pH’ının düşmesinin geri dönülemez ciddi sorunlara yol açması
beklenmektedir.
11
Şekil 2.6: Temsili Konsantrasyon Rotalarına göre küresel ısınma ve küresel deniz
seviyesi artışı karşılaştırma grafikleri (IPCC, 2014).
Çizelge 2.2’de Temsili Konsantrasyon Rotalarına göre 100 yıllık sıcaklık artış aralığı
verilmiştir.
Çizelge 2.2: Temsili Konsantrasyon Rotalarına göre 100 yıllık tahmini sıcaklık artışı
(IPCC, 2014)
Temsili Konsantrasyon Rotaları Sıcaklık Artış Aralığı
RCP8.5 2,6-4,6
RCP6.0 1,4-3,1
RCP4.5 1,1-2,6
RCP2.6 0,3-1,7
RCP4.5, RCP6.0 ve RCP8.5’e göre küresel ölçekte çoğu küçük memelinin, tatlısu
yumuşakçalarının değişimle başa çıkamayacağı, deniz canlılarının ise O2 eksikliği ve
düşük pH’a maruz kalacağı tahmin edilmektedir. Bu nedenle iklim değişikliği bazı
canlı türlülerinin yok olmasına sebep olurken bazılarının yaşam alanlarını
değiştirmesine yol açması beklenmektedir.
12
İklim değişikliğine hassas olan kentsel bölgelerde, RCP4.5, RCP6.0 ve RCP8.5
senaryolarının ısıl stres, fırtına, aşırı yağış, sel, toprak kaymaları, hava kirliliği,
kuraklık, su kıtlığı ve deniz seviyesinde yükselme gibi riskleri arttıracağı ayrıca
ekonomi ve ekosistemde problemlere yol açacağı düşünülmektedir. Kırsal alanlarda
ise su, gıda, altyapı ve tarımsal gelir konularında ciddi problemlerin risk oluşturması
beklenmektedir (IPCC, 2014).
Şekil 2.7: Temsili Konsantrasyon Rotalarına göre insan kaynaklı sera gazı emisyonu
miktarı (IPCC, 2014).
Şekil 2.7’de, RCP senaryolarına göre yıllık insan kaynaklı sera gazı emisyonu
miktarları verilmiştir. RCP2.6 hariç tüm senaryolarda küresel ısınma 2100’den sonra
da devam etmektedir. Şekil 2.7 incelendiğinde, küresel ısınmanın sanayi devrimi
öncesi döneme göre 2°C’nin altında kalmasını hedefleyen RCP2.6 senaryosunun
gerçekleştirilebilmesi için yıllık insan kaynaklı sera gazı emisyonun 2020-2030
dönemi arasında pik yapması ve 2050-2070 döneminde emisyonların sıfırlanması
gerekmektedir (IPCC, 2014).
2.6. İklim Değişikliğine Uyum Sağlama ve İklim Değişikliği Etkilerini Hafifletme
Sürdürülebilir gelişme ve eşitlik, iklim politikalarının temelini oluşturmalıdır. Çoğu
iklim değişikliği riskine karşı hassas ülkelerin iklim değişikliğine katkıları da azdır.
Bu nedenle iklim değişikliği riskini azaltma ve adaptasyon stratejileri ülkeler arasında
adil olmalıdır.
13
İklim politikası tasarımı, risk ve bilinmezliklerin bireysel ve organizasyon ölçeğinde
nasıl ele alındığıyla alakalıdır. Halihazırda iklim değişikliği riskini azaltma
sorumluluğunu bugünden yarına ertelemek ve yetersiz adaptasyon çalışmaları
yürütmek sürdürülebilir gelişmeyi olumsuz yönde etkilemektedir. Risk azaltma
stratejileri etkili bile olsa bireysel yürütüldüklerinde fark yaratamazlar. Çoğu sera gazı
zamanla atmosferde küresel ölçekte karıştığı için iklim değişikliği kolektif bir problem
niteliğindedir. Uluslararası işbirliği, iklim değişikliği risk azaltma stratejilerinin yararlı
olması için gereklidir.
Emisyonların azaltılması 21. yy ve sonrası için iklim değişikliği risklerini hafifletebilir
ve uyum stratejileri ile uzun dönem için risk azaltma maliyetleri düşürülebilir,
böylelikle sürdürülebilir gelişme sağlanabilir. Küresel ısınmanın endüstriyel çağ
öncesine göre 2°C altında kalması için izlenebilecek çeşitli eylem senaryoları vardır.
Bu senaryolar genel olarak sera gazı emisyonunu azaltma ve sıfıra yaklaştırmayı
hedeflemektedir. RCP2.6’ya göre, CO2 eşdeğer konsantrasyonu 2100 yılında 450 ppm
veya daha altında olduğu takdirde, küresel ısınmanın endüstriyel çağ öncesine göre
2°C’nin altında kalacağı öngörülmektedir.
2.7. İklim Değişikliğine Uluslararası Yaklaşım
İklim değişikliği ile ilgili uluslararası ilk konferans Dünya Meteoroloji Organizasyonu
(World Meteorological Organization (WMO)) tarafından 1979 yılında İsviçre’de
düzenlenmiştir. Konferansın bir sonucu olarak IPCC, WMO ve Birleşmiş Milletler
Çevre Programı (United Nation Environmental Programme (UNEP)) tarafından 1988
yılında kurulmuştur. İklim değişikliğinin bilimsel nedenlerini, etkilerini, risklerini ve
uyum sağlama/azaltma yollarını karar verici organizmalara sunmak için küresel
ölçekte çevre ajansları, ulusal ve üniversite laboratuvarları tarafından yapılan iklim
değişikliği ile ilgili bilimsel araştırmaları inceleyen, verileri toplayan ve periyodik
raporlar halinde yayımlayan kuruluş IPCC’dir. Birinci Değerlendirme Raporu 1990’da
yayımlanmıştır. En güncel rapor Beşinci Değerlendirme Raporu’dur ve 2014’te
yayınlanmıştır.
2.7.1. Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi
1992 yılında Rio Dünya Zirvesi’nde Birleşmiş Milletler Çevre ve Kalkınma
Konferansı düzenlenmiştir. Bu konferansta, Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği
14
Çerçeve Sözleşmesi (United Nations Framework Convention on Climate Change
(UNFCCC)) metni hazırlanmıştır, 1994’te yürürlüğe girmiştir. Sözleşme, insan
kaynaklı çevresel kirliliklerin iklim üzerinde tehlikeli etkileri olduğunu kabul ederek,
atmosferdeki sera gazı oranlarını düşürmeyi ve bu gazların olumsuz etkilerini en aza
indirerek belirli bir seviyede tutmayı amaçlamaktadır.
UNFCCC hükümetlerarası ilk çevre mutabakatı olsa da, sözleşmenin yaptırım gücü
zayıftır. Aralık 2015’te çerçeve sözleşme taraf sayısı 197’ye (196 ülke ve AB)
ulaşmıştır (UNFCCC, 2016b). 1995’ten bu yana, her yıl çerçeve sözleşmeye
taraflarının katılımıyla Sözleşme Taraflar Konferansı (Conferences of the Parties
(COP)) düzenlenmektedir. 1997’de düzenlenen COP3’te Kyoto Protokolü
hazırlanmıştır.
2.7.2. Kyoto Protokolü
Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi kapsamında COP3’te
hazırlanan Kyoto Protokolü sözleşmeye göre daha somut hedefler içerir. Protokolün
yürürlüğe girebilmesi için 1990 yılında yapılan sera gazı emisyonun %55’inden
sorumlu olan ülkelerin protokole taraf olması gerektiğinden 2005 yılına kadar protokol
yürürlüğe girmemiştir. 2001 yılında ABD’nin protokolden ekonomik nedenler
dolayısıyla çekilmesi protokolü olumsuz yönde etkilemiştir. Ancak Rusya’nın
2004’teki katılımıyla, %55’lik hedefe ulaşılmış ve 16 Şubat 2005’te Kyoto Protokolü
yürürlüğe girmiştir ve protokole taraf sayısı 2016’da 192’dir (191 ülke ve AB)
(UNFCCC, 2016c). 2005 yılından bu yana her yıl Kyoto Protokolü Taraflar Toplantısı
(the meeting of the Parties to the Kyoto Protocol (CMP)) düzenlenmektedir.
Tarafların gelişmişlik durumlarına göre işbirliği yapması ve “ortak fakat farklı
sorumluluk” ilkelerinin esas alınması, küresel yararın gözetilmesi ve sürdürülebilir
kalkınma politikalarının uygulanması protokolün temel ilkeleridir.
Protokol, gelişmişlik özelliklerine göre ülkeleri gruplandırmış ve buna göre
sorumluluklar yüklemiştir. Taraf olan sanayileşmiş ülkeler belirlenen 6 sera gazı
(karbondioksit (CO2), metan (CH4), nitröz oksit (N2O), hidroflorokarbonlar (HFCs),
perflorokarbonlar (PFCs), kükürt hekzaflorür (SF6)) salımını azaltmaya veya karbon
ticareti yoluyla emisyon haklarını arttırmayı taahhüt etmişlerdir. Gelişmekte olan
ülkeler ise salım düzeylerini bildirmek ve iklim değişikliğini azaltıcı çözümler
geliştirmek zorundadırlar.
15
Protokol taraf ülkeleri 3 gruba ayırır:
Ek-I Tarafları: 1992’de Ekonomik Kalkınma ve İşbirliği Örgütü’nde (Organization for
Economic Co-operation and Development (OECD)) yer alan gelişmiş ülkeler ve
Rusya, Baltık ülkeleri ve bazı Avrupa ülkelerinin dahil olduğu geçiş ekonomisindeki
ülkeleri kapsamaktadır. Bu grup ülkeleri, sera gazı emisyonlarını sınırlandırmak,
karbon tutucu alanları ( orman, okyanus, göl) çoğaltmak, iklim değişikliğini önlemek
için aldıkları önlemleri ve izledikleri politikaları bildirmek, sera gazı emisyonu
verilerini iletmekle yükümlüdürler.
Ek-II Tarafları: Geçiş ekonomisindeki ülkeler hariç Ek-I’de yer alan kalkınmış
ülkelerdir (UNFCCC, 2016d). Bu grup ülkeleri, Ek-I’deki sorumluluklarına ek olarak,
çevre dostu teknolojilerini ve yöntemlerini, gelişmekte olan taraf ülkelere aktarmak,
onları teşvik etmek ve gerektiğinde finanse etmekle yükümlüdürler.
Ek Dışı Taraflar: Bu gruptaki ülkelerin herhangi bir yükümlülüğü yoktur. Ancak sera
gazı emisyonlarını azaltmaya, çevre dostu teknolojilere yatırım yapmaya ve karbon
tutucu alanlarını korumaya teşvik edilmektedirler.
Kyoto Protokolü çerçevesinde, taahhüt edilen yükümlülüklerin yerine getirilmesini
kolaylaştırmak adına taraflara 3 farklı piyasa bazlı mekanizma çözümleri
sunulmaktadır (Şekil 2.8). Bu mekanizmalar yeşil yatırımları teşvik etmekte ve
tarafların belirlenen hedeflere uygun maliyetlerle ulaşabilmelerini sağlamaktadır.
Şekil 2.8: Kyoto Protokolü çerçevesindeki piyasa bazlı mekanizmalar.
Uluslararası Emisyon Ticareti
(International Emissions Trading (ET))
• Ek-I’deki sera gazı emisyonu limitine ulaşan ve karbon kredisini tüketen ülkeler, emisyon sınırına ulaşmayan ve karbon kredisi olan diğer Ek-1 taraflarıyla karbon ticareti yapabilmektedir. Bu mekanizma ile atmosferdeki sera gazı konsantrasyonu azaltılırken, ekonomik büyümenin de önüne geçilmemesi amaçlanır.
Temiz Gelişim Mekanizması
(Clean Development Mechanism (CDM))
• Emisyon azaltım ve sınırlama yükümlülüğündeki Ek-1 ülkeleri, gelişmekte olan Ek Dışı Taraflara emisyon azaltıcı yeşil teknoloji yatırımı yaparak Sertifikalandırılmış Salım Azaltımı (Certified Emission Reductions (CER)) elde edebilir ve bu kredi toplam hedeften düşülür. 2016 yılında kayıtlı CDM proje sayısı 7741’dir (UNFCCC, 2016g).
Ortak Uygulama
(Joint Implementation (JI))
• Ek-I ülkeleri arasında gerekli şartların sağlanması koşuluyla, sera gazı emisyonlarının azaltılmasını veya karbon tutucu ortamların çoğaltılması yoluyla uzaklaştırılmasını amaçlayan projelerden elde edilen Salım Azaltma Kredisi (Emission Reduction Unit(ERU)) kazanılabilir ve kazanılan bu krediler toplam hedeften düşülür (UNFCCC, 2016g).
16
Kyoto Protokolü’nün birinci yükümlülük döneminde (2005-2012), 37 sanayileşmiş
ülke ve AB sera gazı emisyonlarını 1990 yılına göre %5 azaltarak yükümlülüklerini
yerine getirmiştir.
Türkiye, Kyoto Protokolü’ne 26 Ağustos 2009 tarihinde taraf olmuştur ve Ek-I
Taraflar listesinde yer almaktadır. Protokolün 2008-2012 yıllarını kapsayan
döneminde Türkiye’nin herhangi bir sayısallaştırılmış emisyon sınırlama veya azaltım
yükümlülüğü bulunmamakla birlikte (DB, 2016), Kyoto Protokolü’ne konu olan
piyasa bazlı mekanizmalardan da yararlanamamaktadır. Ancak sosyal sorumluluk
çerçevesinde kurulan Gönüllü Karbon Piyasası’na uygun projeler gerçekleştirerek
ileriki dönemlerde Karbon Piyasası’na katılmaya hazırlanmaktadır.
Doha, Katar’da 8 Aralık 2012’de yapılan COP18/CMP8 müzakerelerinde, Kyoto
Protokol’ü 2020’ye kadar uzatılmış ve bu dönemde sanayileşmiş ülkelerin sera gazı
(Kyoto Protokolü’nde belirtilen sera gazlarına ek olarak azot triflorür (NF3))
emisyonlarını 1990 yılına göre %18 azaltmaları kararlaştırılmıştır. Düzenlenen ikinci
dönem yükümlülüklerin yürürlüğe girebilmesi için Kyoto Protokolü’ne taraf olan
ülkelerin 3/4’ünün (144 taraf) onayı gerekmektedir. Eylül 2016’da düzenlenen Kyoto
Protokolü’nü kabul ettiğini belirten taraf sayısı 70’tir (UNFCCC, 2016e).
2.7.3. Paris Antlaşması
2015 yılında Paris’te düzenlenen COP21/CMP11 müzakerelerinde Paris Antlaşması
196 tarafın oybirliği ile kabul edilmiştir. Antlaşmanın yürürlüğe girebilmesi için
küresel sera gazı emisyonunun en az %55’inden sorumlu olan 55 ülkenin antlaşmayı
imzalaması ve onaylaması şartı koşulmuştur. Küresel sera gazı emisyonunun yaklaşık
%40’ından sorumlu ABD ve Çin’in antlaşmayı imzalaması, diğer gelişmiş ve
gelişmekte olan ülkelerin antlaşmayı imzalamasında etkili olmuştur. 174 ülke ve AB
sözleşmeyi imzalamış, kendi yasal sistemlerinde kabul sürecini başlatmıştır. Ekim
2016’da antlaşmayı kendi yasal sistemlerinde onaylayan ve belgelerini teslim eden
taraf sayısı 77’dir (küresel sera gazı emisyonun yaklaşık %60’ından sorumlu olan
taraflar). Böylelikle %55 emisyon ve 55 ülke barajı aşılarak Paris Antlaşması’nın 4
Kasım 2016’da yürürlüğe girmesi sağlanmıştır. Paris Antlaşması taraflarının
katılımıyla düzenlenecek ilk Antlaşma Tarafları Toplantısı (Meeting of the Parties to
the Paris Agreement (CMA)), COP22/CMP12 ile birlikte Fas’ın Marakeş ilinde
gerçekleşecektir.
17
Antlaşmanın başlıca amacı, sanayi devrimi öncesi dönemle karşılaştırıldığında,
küresel sıcaklık artışının yüzyılın sonuna kadar 1,5-2°C arasında olmasını sağlamaktır.
Bu hedefe ulaşmak için izlenecek yol RCP2.6 senaryosunun gerçekleşmesi (insan
kaynaklı sera gazı emisyonun 2020-2030 döneminde pik yapması ve 2050-2070
döneminde emisyonun sıfırlanması (Şekil 2.7)) ile mümkün olabilir.
Paris Antlaşması gereği taraflar, düzenli olarak emisyonlarını ve ilgili uygulamalarını
da içeren Ulusal Niyet Beyanı (Intended Nationally Determined Contributions
(INDC)) yayımlamakla yükümlüdürler. INDC içeriği her ülkenin gelişmişlik düzeyi
ve iklim değişikliğine karşı kırılganlığına göre hazırlanmaktadır. Taraflar antlaşmayı
onayladıklarını belirtmeden önce INDC belgelerini teslim etmek zorundadır ve
2023’ten itibaren her 5 yılda bir doküman şeffaflık içinde güncellenmelidir (UNFCCC,
2016f). COP22/CMP12 Marakeş’teki etkinlikte görüşülmek üzere hazırlanan, 4 Nisan
2016 tarihine kadar teslim edilmiş 161 INDC dokümanının incelendiği sentez
raporuna göre, 2025-2030 dönemi için hedeflenen insan kaynaklı sera gazı emisyonu
miktarı, 2°C hedefini gerçekleştirmeye yeterli değildir. Tarafların hazırlayacağı bir
sonraki INDC dokümanında, ülkelerin daha etkili emisyon azaltım yolları seçmesi ve
uygulayacağı doğru politikalarla hedeflediği sera gazı emisyonu azaltımını sözünü
gerçekleştirmesi gerekmektedir (UNFCCC, 2016g).
2.7.4. İklim finansmanı
Çerçeve Sözleşme ve Kyoto Protokolü, gelişmekte olan ve iklim değişikliği etkilerine
karşı kırılgan ülkelere, iklim değişikliği etkilerini azaltma ve değişikliğe uyum
sağlama faaliyetleri için gerekli olan sermayenin gelişmiş ülkeler tarafından
sağlanmasını teşvik etmektedir ve bu amaca yönelik finansal mekanizmalar
geliştirilmiştir.
Küresel Çevre Fonu (Global Environment Facility (GEF)), 1992 Rio Dünya
Zirvesi’nde, çevre konusunda ortaya konacak küresel eylemlerin finans
mekanizmasını işleten uluslararası bir varlık olarak kurulmuştur ve daha sonra kurulan
fonlara geçici olarak rehberlik etmektedir. 2011 COP17’de, iklim değişikliğini
etkilerini azaltma ve değişikliğe uyum sağlama faaliyetleri için uygulanacak
politikaları, program önceliklerini ve ayrıcalıklı özellikleri belirlemekle yükümlü
Yeşil İklim Fonu (Green Climate Fund (GCF)) bir başka finansal mekanizma olarak
oluşturulmuştur. Bu finansal mekanizmalar Çerçeve Sözleşme Taraflarına bağlıdırlar.
18
GEF ve GCF dışında, Özel İklim Değişikliği Fonu (Special Climate Change Fund
(SCCF)) ve En Az Gelişmiş Ülkeler Fonu (Least Developed Countries Fund (LDCF))
iki özel fon olarak ve Kyoto Protokolü kapsamında ise Uyum Fonu (Adaptation Fund
(AF)) kurulmuştur (GEF, 2016).
Özel İklim Değişikliği Fonu (SCCF): Su kaynağı yönetimi, arazi yönetimi, tarım,
sağlık, altyapı geliştirme, hassas ekosistemler ve kıyı bölgesi yönetimi gibi konularda,
Çerçeve Sözleşmeye taraf gelişmekte olan ülkelere iklim değişikliği uyum desteği ve
teknoloji transferi girişimlerini desteklemektedir.
En Az Gelişmiş Ülkeler Fonu (LDCF): İklim değişikliği etkilerine karşı en kırılgan 51
ülkeye özel geliştirilen bir fondur. Su temini, tarım, gıda güvenliği, sağlık, afet riski
yönetimi ve önlem alma, altyapı ve hassas ekosistem konularında ülkelerin
dayanabilirliğini arttırmayı hedeflemektedir (GEF, 2016).
Uyum Fonu (AF): Gelişmekte olan ülkelere iklim değişikliği etkilerine karşı
kırılganlığı azaltıcı somut nitelikte proje ve programlara sermaye sağlamak için
kurulmuş en yenilikçi fonlardan biridir. Kyoto Protokolü altında 2010 yılında kurulan
Uyum Fonu, 61 ülkede, ülkelerin ihtiyaçlarına ve önceliklerine özel girişimlere
toplamda yaklaşık 355 milyon $ fon sağlamıştır (AF, 2016).
İklim finansmanı mekanizmaları tarafından desteklenen girişim konuları aşağıda
sıralanmıştır:
Yenilenebilir enerji kullanımı
Enerji verimliliği
Sürdürülebilir ulaşım ve kent tasarımı
İklim odaklı tarım
Uyum sağlama ve felaket riski azaltıcı önlemler
Tüm orman faaliyetleri için sürdürülebilir yönetim
Karbon tutucu nitelikteki arazilerin bozulmasını önleme
Gıda güvenliği ve tarımsal iyileştirme gücünü arttırma
COP21’de, bahsedilen finansal mekanizmaların Paris Antlaşması kapsamına
girmesine karar verilmiştir ve bu finans mekanizmaları, gelişmekte olan veya geçiş
ekonomisindeki ülkelerin Çerçeve Sözleşme, Kyoto Protokolü ve Paris Antlaşması
hedeflerini yakalayabilmelerini sağlayarak onları teşvik etmektedir (UNFCCC,
2016a).
19
2009 COP15/CMP5 Kopenhag ve 2010 COP16/CMP6 Cancún etkinliklerinde,
gelişmiş ülkeler iklim finansmanı havuzuna 2020 yılına kadar her yıl 100 milyar dolar
aktarmayı kabul etmişlerdir. Paris Antlaşması ile bu süre 2025 yılına kadar uzatılmıştır
ve sonraki dönem için daha yüksek meblağlı hedef konması planlanmaktadır (EU,
2016).
Finansal mekanizmalar ile gelişmiş ülkelerin gelişmekte olan veya en az gelişmiş
ülkelere fon aktarması borç ya da hibe olarak anlaşılmamalıdır. Gelişmelerini sanayi
devrimi ile birlikte fosil yakıtlara dayalı tamamlayan ülkelerin atmosferdeki kullanım
haklarını çoktan doldurmuş olması nedeniyle, kalkınmakta olan ülkelere sağlanan bu
fonların tazminat olarak görülmesi daha doğru bir yaklaşım olacaktır.
2.8. İklim Değişikliği ve Türkiye
Türkiye’de yerel iklim politikalarının geliştirilmesinden ve uygulanmasından
belediyeler sorumlu iken, Çerçeve Sözleşme odaklı ulusal politikaların
oluşturulmasından ve uygulanmasından Çevre ve Şehircilik Bakanlığı (ÇŞB)
sorumludur. İklim değişikliğine ait uygulamalar ÇŞB’ye bağlı İklim Değişikliği ve
Hava Yönetimi Koordinasyon Kurulu (İDHYKK) tarafından yürütülmektedir ve kurul
ulusal bildirim raporlarının ve ilgili çalışmaların hazırlanmasından sorumludur.
Türkiye’nin nüfusu 2015’te 78,7 milyondur ve 2050 yılında 93,5 milyona ulaşacağı
tahmin edilmektedir. 2015 yılında nüfus yoğunluğu 102 kişi/m2’dir ve nüfus
yoğunluğu en yüksek olan il 2821 kişi/km2 ile İstanbul’dur (TÜİK, 2016).
Orta enlem iklim kuşağı ile subtropikal iklim kuşağı arasında yer alan, genel olarak
Akdeniz makro-iklim özelliğini gösteren Türkiye’de dört mevsim yaşanabilmektedir.
1970-2014 dönemi incelendiğinde, ortalama sıcaklık 1970-1978’de 12,3°C iken,
2006-2012 döneminde 13,8°C’dir (ÇŞB, 2016). Sıcaklıktaki artış kar erimesinin daha
erken başlamasına ve kar ile beslenen nehirlerde akımlarda erkene kaymalara yol
açmıştır. Deniz seviyesinde ise 6 mm civarında yükselme gözlenmiştir ve bu
değişimlere paralel olarak son yıllarda şiddetli yağış, fırtına, sıcak hava dalgası, orman
yangınları, sel ve taşkın gibi hidrometeorolojik özellikteki afet sayılarında artış
belirlenmiştir (Şen ve diğ, 2013).
Türkiye’nin 2006-2014 dönemi yıllık toplam yağış ortalaması 635,5 mm’dir.
Tüketilebilir yer üstü ve yeraltı su potansiyeli yılda ortalama 112 milyar m3’tür ve
20
yararlanma oranı yaklaşık %36’dır. Türkiye’de kişi başı yıllık kullanılabilir su miktarı
1519 m3’tür. Su kaynaklarının yaklaşık %74’ü sulamada, %11’i sanayide ve %15’i
kentsel tüketimde kullanılmaktadır (ÇŞB, 2016).
Türkiye’deki birincil enerji tüketiminin 2013 yılında 120,3 milyon TEP (Ton Eşdeğer
Petrol) olduğu ve tüketilen birincil enerjinin, %28’inin petrol, %31’inin doğalgaz,
%29’unun kömür, %11’inin linyit, %4’ünün hidrolik enerjiden elde edildiği ve rüzgar,
güneş ve jeotermal enerji eldesinin ise %1’ler civarında olduğu görülmektedir. 2013
yılında toplam birincil enerji arzının %12’si yenilenebilir enerjiden kaynaklanmıştır.
2013 yılı sonu verilerine göre yenilenebilir enerji arzının %32’si biyokütleden, 37’si
hidrolik enerjiden, %19’u jeotermal enerjiden, %5’i rüzgardan, %16’sı güneş
enerjisinden karşılanmıştır. 2013 yılı enerji tüketiminin sektörlere göre dağılımı
incelendiğinde, bina sektörü %35, ulaştırma sektörü %26, tarım faaliyetleri %2 ve
enerji dışı tüketim %4 oranındadır (ÇŞB, 2016).
Türkiye’de işlenen tarım arazisinde azalma gözlenmektedir. Orman alanı ise 2013
yılında 21,9 milyon ha’dır ve 51,10 milyon ton CO2 eşd sera gazı tutma kapasitesine
sahiptir (ÇŞB, 2016).
Türkiye’nin 2013 yılı toplam sera gazı emisyonu Arazi Kullanımı, Arazi Kullanım
Değişikliği ve Ormancılık (AKAKDO) hariç 459,10 Mt CO2 eşd’dir. Emisyonların
%67,8’i enerji, %15’i endüstriyel işlemler ve ürün kullanımı, %10,8’i tarımsal
faaliyetler ve %5,7’si atık sektörü kaynaklıdır. Kişi başı toplam sera gazı emisyonu
1990’da 3,96 ton CO2 eşd iken, 2013’te 6,04 ton CO2 eşd’e yükselmiştir. Bu değer
OECD ülkelerinin 2013 yılı ortalama emisyon değeri olan 12,47 ton CO2 eşd/kişi’nin
altındadır, dünya ortalaması olan 4,88 ton CO2 eşd/kişi değerinin ise üstündedir. Sera
gazı emisyonlarının 2013 yılı gaz türüne göre dağılımı; CO2 %79,15, CH4 %14,33,
N2O %5,66 ve F-gazları %1,45’tir (AKAKDO hariç) (ÇŞB, 2016). Şekil 2.9’da
Türkiye’de sektörlere göre sera gazı emisyonun yıllara göre değişimi ve Şekil 2.10’da
2013 yılı sera gazı emisyonlarının sektörel dağılımı verilmiştir.
21
Şekil 2.9: Zamana bağlı sektörel sera gazı emisyonlarındaki değişim (ÇŞB, 2016).
Şekil 2.10: Sektörlere göre 2013 yılı toplam sera gazı emisyonlarının dağılımı.
Şekil 2.11’de 1990 ve 2013 yıllarında salınan CH4 gazının sektörel dağılımı
verilmiştir. En fazla CH4 gazı emisyonu enterik fermantasyon kaynaklıdır. Atık
depolama kaynaklı CH4 emisyonu 1990 yılında toplam CH4 emisyonunun %21 iken
bu oran 2013’te %34’e yükselmiştir. Atıksu işleme kaynaklı salınan CH4 gazı ise
toplam CH4 emisyonunun 1990 yılında %6’sı kadarken 2013 yılında %4’ü
oranındadır. Şekil 2.12’de ise 1990 ve 2013 yıllarında salınan N2O gazının sektörel
dağılımı verişmiştir. En fazla N2O gazı emisyonu tarımsal toprak işletimini
22
kaynaklıdır. Atıksu işleme kaynaklı N2O emisyonu 1990 yılında toplam N2O
emisyonunun %8’i kadardır ve bu oran 2013’te değişmemiştir.
Şekil 2.11: 1990 ve 2013 yıllarında CH4 emisyonlarının sektörel dağılımı.
Şekil 2.12: 1990 ve 2013 yıllarında N2O emisyonlarının sektörel dağılımı.
Atık sektörü verilerine odaklanıldığında, kentsel, tehlikeli, tıbbi atık yönetimi ve
bertarafı sonucu salınan sera gazı ile atıksu arıtma tesislerinden kaynaklanan arıtma
çamurlarının oluşumundan ve bertarafından kaynaklanan emisyonlar incelenmektedir.
Türkiye’de atık sektöründen kaynaklanan sera gazı emisyonunun %82,7’si düzenli ve
düzensiz atık depolama sahalarından, kalanı ise evsel ve endüstriyel atıksu arıtımından
23
kaynaklanmaktadır (Çizelge 2.3) (ÇŞB, 2016). Şekil 2.13’te, Türkiye’de atık
sektöründen kaynaklanan CO2 eşd emisyonların zamanla değişimi verilmiştir.
Çizelge 2.3: Atık sektöründen kaynaklanan sera gazı emisyonu miktarları ve payları,
2013 verileri (ÇŞB, 2016)
Atık sektörü Sera gazı
emisyonları
(Gg CO2
eşd.)
Toplam atık
emisyonları
içindeki payı
(%)
Ulusal toplam
emisyonların
içindeki payı
(%)
A. Katı atık depolama 21.529 82,73 4,69
B. Katı atık biyolojik arıtımı 30 0,12 0,01
C. Atık yakma ve atıkların açıkta
yakılması
13 0,05 0,00
D. Atıksu arıtımı ve deşarjı 4.448 17,10 0,97
E. Diğer NA - -
Atık sektörü 26.022 100,00
Ulusal sera gazı emisyon toplamı
(AKAKDO hariç)
459.102
NA: Uygulanabilir değildir.
Şekil 2.13: Atık sektöründen kaynaklanan CO2 eşd emisyonlar (1990-2013) (ÇŞB,
2016)
24
2.8.1. Türkiye’de iklim değişikliği projeksiyonu
2.8.1.1. Türkiye için iklim değişikliği projeksiyonları çalışması
Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM) tarafından 2014’te yayımlanan Yeni
Senaryolarla Türkiye için İklim Değişikliği Projeksiyonları adlı çalışmada, Türkiye
için 2100 yılına kadar bölgesel iklim projeksiyonu, CMIP5 kapsamındaki küresel
modelleri kullanılarak ve IPCC’nin 5. Değerlendirme Raporundaki senaryolar
(RCP4.5 ve RCP8.5) esas alınarak yapılmıştır. 1971-2000 yılları arası referans dönem
olarak alınmıştır ve projeksiyon 2016-2040, 2041-2070 ve 2071-2099 dönemleri için
yapılmıştır.
Yeni Senaryolarla Türkiye için İklim Değişikliği Projeksiyonları çalışmasında RCP4.5
ve RCP8.5 senaryolarının sıcaklık çıktıları karşılaştırıldığında aşağıdaki bulgular elde
edilmiştir (OSİB, 2016):
2016-2040 dönemi: RCP4.5 senaryosu sıcaklık artışının genel olarak 2°C’de
sınırlı kalacağını, Marmara ve Batı Karadeniz’de yaz aylarında bu değerin
biraz daha fazla olacağını; RCP8.5 senaryosu ise özellikle ilkbahar ve yaz
mevsimlerinde olmak üzere sıcaklık artışının 3°C civarında olacağını
öngörmektedir.
2041-2070 dönemi: RCP4.5, ilkbahar ve sonbahar aylarında sıcaklık artışının
2-3°C aralığında, yazın 4°C civarında olmasını; RCP8.5 ise sıcaklık artışının
kışın 2-3°C aralığında, ilkbahar ve sonbaharda 3-4°C ve yazın ise 5°C
civarında olmasını beklemektedir.
2071-2099 dönemi: RCP4.5 kışın sıcaklık artışının 2°C, ilkbahar ve
sonbaharda 3°C ve yazın 4°C olacağını; RCP8.5 ise yazın sıcaklık artışının
6°C, kışın batı bölgelerinde 3-4°C doğu bölgelerinde 4-5°C olacağını
öngörmektedir.
RCP4.5 ve RCP8.5 senaryolarının yağış çıktıları kıyaslandığında aşağıda sıralanan
bulgular elde edilmiştir (OSİB, 2016):
2016-2040 dönemi: RCP4.5 senaryosu ilkbahar yağışlarının azalacağını;
RCP8.5 senaryosu ise batı bölgelerde yağışta azalma, kıyı bölgelerde yaz
yağışlarında %40’a varan artış olacağını öngörmektedir.
25
2041-2070 dönemi: RCP4.5 sonbahar aylarında yağışların azalmasını; RCP8.5
ise kış aylarında yağışta artış, ilkbaharda ve sonbaharda azalma olmasını
beklemektedir.
2071-2099 dönemi: RCP4.5 yağışlarda ilkbaharda %20 azalma, kışın %10
artış, yazın %40 azalma ve sonbaharda genel olarak azalma olacağını; RCP8.5
ise ilkbaharda %20 azalma, sonbaharda %40 azalma ve kış aylarında artış
olacağını öngörmektedir.
2.8.1.2. İklim değişikliğinin su kaynaklarına etkisi
2013 yılında Orman ve Su İşleri Bakanlığı (OSİB) tarafından başlatılan İklim
Değişikliğinin Su Kaynaklarına Etkisi projesi kapsamında CMIP5 altında yer alan 3
simülasyon modelinde RCP4,5 ve RCP8,5 senaryoları çalışılmış ve proje 2016’da
tamamlanmıştır. Projenin amacı iklim değişikliğinin yüzey ve yeraltı sularına etkisinin
ve havza esaslı uyum stratejilerinin belirlenmesidir. Referans dönemi olarak 1971-
2000 dönemi alınmış, iklim, hidrolojik ve hidrolik projeksiyonlar 2015-2100 dönemi
için yapılmıştır. Çalışmalar sonucunda Türkiye’de beklenen iklim değişikliği etkileri
aşağıda sıralanmıştır:
Türkiye genelinde ortalama sıcaklık artışı beklenmektedir. Doğu ve
Güneydoğu bölgelerinde diğer bölgelere göre artış 1-2°C daha fazla olacağı
öngörülmektedir. Güneydoğu, Akdeniz ve Ege bölgelerinde sıcaklık artışı yaz
aylarında en fazla yaşanacak ve 2100’lere doğru 4-7°C artış olması
beklenmektedir.
Türkiye’nin kuzeyinde yer alan havzalar hariç toplam yağış miktarında azalma
beklenmektedir. Sıcaklık artışına bağlı olarak Türkiye genelinde kar örtüsünde
azalma olacağı ve erken eriyen kar örtüsünün bahar aylarının sonu ve yaz
aylarında ilgili bölgelerde su stresi oluşturacağı öngörülmektedir.
Türkiye genelinde sıcak hava dalgası görünme sıklığındaki hızlı artışın orman
yangını riskini arttırması beklenmektedir.
Projede sektörlere özel olarak belirlenen 138 uyum çalışması, yağmur hasadı, su
fiyatlandırması ve kapalı sulama sistemlerinin kullanılması gibi konuları içermektedir
(OSİB, 2016).
26
2.8.1.3. Türkiye’nin sera gazı projeksiyonu
Çerçeve Sözleşme sekretaryasına 30 Eylül 2015’te teslim edilen INDC dokümanında,
incelenen 2 senaryo altında (Önlemler Gözetilen ve Önlemler Gözetilmeyen) 2030
yılına kadar tahmin edilen sera gazı emisyonları verilmiştir. Önlemler Gözetilmeyen
senaryoya göre toplam sera gazı emisyonun 2030’da 1174,8 Mt CO2 eşd olacağı
öngörülmektedir (AKAKDO hariç). Önlemler Gözetilen senaryoda ise 2030 yılında
toplam sera gazı emisyonunun 929,0 Mt CO2 eşd olması beklenmektedir. Türkiye’nin
iklim değişikliği politikaları etkili bir şekilde uygulandığında 2030 yılında sera gazı
emisyonunda %21’e varan oranda azalma olacağı öngörülmektedir (Şekil 2.14) (ÇŞB,
2016).
Şekil 2.14: Önlemler Gözetilen ve Önlemler Gözetilmeyen senaryoların toplam sera
gazı emisyonuna göre karşılaştırılması (ÇŞB, 2016)
2.8.2. Türkiye’nin iklim değişikliği politikası
Türkiye’de 2010-2020 dönemi için hazırlanan Ulusal İklim Değişikliği Stratejisi
Belgesi, iklim değişikliğine yönelik politikalar üretilmesinde kullanılan ana doküman
niteliğindedir ve ortak fakat farklılaştırılmış sorumluluklar çerçevesi altında
gerçekleştirilecek sera gazı emisyonu azaltım, uyum, finansman ve teknoloji
politikalarını içermektedir. Belgede enerji, sanayi, atık, arazi kullanımı, tarım ve
ormancılık alanlarından kaynaklı sera gazı emisyonlarına yönelik kısa (1 yıl), orta (1-
3 yıl) ve uzun (3-10 yıl) vadede gerçekleştirilecek hedefler yer almaktadır. Atık
yönetimine yönelik belirlenen hedeflerde, kaynağında atık azaltımı, yeniden kullanım,
geri dönüşüm ve kazanım konuları yer almaktadır (ÇŞB, 2013).
27
Dokuzuncu Kalkınma Planı ve Ulusal İklim Değişikliği Strateji Belgesi’ne uygun
olarak, ÇŞB koordinasyonu ile İDHYKK üyeleri ve ilgili diğer paydaşların ortak
çalışması sonucu 2011-2023 dönemini kapsayan İklim Değişikliği Ulusal Eylem Planı
(İDEP) hazırlanmış ve Temmuz 2011’de yayınlanmıştır. İDEP, Ulusal İklim
Değişikliği Stratejisi Belgesi doğrultusunda belirlenen hedeflerin gerçekleştirilmesi
için eylemler sunarak sorumluları ve zamanlamayı tanımlamaktadır. İDEP’te katı atık
yönetimine yönelik belirlenen eylemlerden bazıları aşağıda sıralanmıştır (ÇŞB, 2011):
2005 yılı esas alınarak düzenli depolama tesislerine kabul edilecek
biyobozunur atık miktarının 2015 yılına kadar ağırlıkça %75’ine, 2018 yılına
kadar %50’sine, 2025 yılına kadar %35’ine indirilmesi
2023 yılı sonuna kadar ülke genelinde entegre katı atık bertaraf tesislerinin
kurulmasına devam edilmesi ve atıkların %100’ünün bu tesislerde bertaraf
edilmesi
2023 yılına kadar düzensiz depolama sahalarının %100’ünün kapatılması
Atıksu yönetimine yönelik düzenlemeler, 2009 yılında açılan AB çevre müzakereleri
sürecinde atık sektörü mevzuat uyumu kapsamında yürürlüğe giren yönetmeliklerde
yer almaktadır. ÇŞB tarafından hazırlanan 2015-2023 dönemi için Atıksu Arıtımı
Eylem Planı’nda ise UNEP tarafından “bütünsel ve önleyici bir çevre stratejisinin ürün
ve süreçlere sürekli olarak uygulanması ile insanlar ve çevre üzerindeki risklerin
azaltılması” olarak tanımlanan temiz üretim kavramından bahsedilerek düşük
emisyonlu teknolojiler özendirilmektedir (ÇŞB, 2015). İDEP’te atıksulardan sera gazı
emisyonun azaltılmasına yönelik geliştirilen stratejilerden biri, sanayi sektöründe
süreç başlangıcından itibaren su tasarrufunun sağlanması, atıksuyun geri kazanılması
ve çok su tüketen sanayi alt sektörlerinde (kağıt sanayisinde su azaltımı gibi) öncelikli
politikaların gerçekleştirilmesidir. Ayrıca arıtılmış atıksuyun kentsel alanlarda
yeniden kullanılması hedefi de İDEP’te yer almaktadır.
2.8.3. Türkiye’nin iklim değişikliği finansman kaynakları
Türkiye OECD ülkesi olmasına rağmen Resmi Kalkınma Yardımları’ndan
faydalanabilecek ülkeler arasında tanınmaktadır. Gelişmekte olan bir ülke olarak,
iklim değişikliği ile mücadele konusunda kalkınma bankaları ve uluslararası fonlardan
yararlanabilmektedir ancak Çerçeve Sözleşme kapsamında Ek-I’de yer aldığından
finansal mekanizmalardan yararlanamamaktadır. Türkiye, Dünya Bankası tarafından
28
yönetilen İklim Finansman Fonlarından, ikili ve çok taraflı finans desteklerinden,
Küresel Çevre Fonu’ndan ve Kopenhag Mutabakatı ile 30 milyar ABD Doları kısa
dönemli finansmandan yararlanmaktadır. Taraflar Türkiye’nin Ek-I listesinde özel bir
statüye sahip olduğunu kabul edip emisyon sınırlandırması getirmemişlerdir ve ileriki
müzakerelerde Yeşil İklim Fonu gibi finansal mekanizmalardan da önünün açılması
beklenmektedir (ÇŞB, 2016).
29
3. ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDEN SERA GAZI EMİSYONU
Çerçeve Sözleşme gereğince, tarafların yıllık ulusal emisyon raporlarını sektörlere
göre hazırlayıp yayınlamaları zorunludur. Atıksu arıtma tesislerinden kaynaklanan
sera gazı emisyonu, IPCC (2006) Ulusal Sera Gazı Envanteri Rehberi’ne göre Atık
Sektörü altında raporlanmaktadır. Atıksu arıtma tesislerinden salınan sera gazları N2O,
CH4 ve CO2’tir. Ancak tesislerden arıtma faaliyetleri sırasında doğrudan salınan CO2
gazı biyojenik kökenli olduğundan ulusal emisyon raporlarına dahil edilmemekte, fosil
yakıt ve elektrik kullanımı bağlantılı CO2 gazı emisyonu ulusal emisyon raporlarına
yansıtılmaktadır (IPCC, 2006). Çizelge 3.1’de, atıksu arıtma tesislerinden salınan sera
gazlarının Küresel Isınma Potansiyelleri (GWP) verilmiştir.
Çizelge 3.1: Atıksu arıtma tesislerinden salınan sera gazlarının Küresel Isınma
Potansiyelleri (Myhre, 2013)
Kimyasal Adlandırma Formül GWP (100 yıl)
Karbon dioksit CO2 1
Metan CH4 28
Nitröz Oksit N2O 265
3.1. Türkiye’de Atıksu Arıtma Tesislerinden Kaynaklanan Sera Gazı Emisyonu
Hakkında Yapılan Çalışmalar
Çevresel Tesislerden kaynaklanan Sera Gazı Emisyonlarının Hesaplanması (Erdoğan,
2015) yüksek lisans tezinde, katı atık bertarafı ve evsel atıksu arıtma faaliyetlerinden
kaynaklanan CH4 ve NO2 gazı emisyonları farklı atık yönetim senaryolarına göre
tahmin edilmiştir. Çalışmada, düzenli depolama tesisi, kompost tesisi,
biyometanizasyon tesisi, anaerobik stabilizasyon havuzu, biyolojik atıksu arıtma tesisi
ve ileri biyolojik atıksu arıtma tesisinden kaynaklanan CH4 ve NO2 emisyonları
karşılaştırılmıştır. Hesaplar IPCC (2006) Ulusal Sera Gazı Envanteri Rehberine göre
yapılmıştır. Çalışma sonucunda, atık bertaraf yöntemlerinden, atık depolama tesislerinin
en fazla sera gazı emisyonuna sahip olduğu ortaya konmuştur. Biyojenik CO2 emisyonu
hesaba katılmadığında, katı atık bertaraf tesisleri, azalan sera gazı emisyonu miktarına
göre katı atık depolama tesisi, kompost tesisi ve biyometanizasyon tesisi olarak
30
sıralanmıştır. Atıksu arıtma yöntemleri sera gazı emisyonuna göre karşılaştırıldığında ise
en fazla emisyonun anaerobik stabilizasyon havuzundan kaynaklandığı ve en az sera gazı
emisyonunun da ileri biyolojik atıksu arıtma tesislerinden salındığı sonucuna varılmıştır.
Atıksu arıtma tesislerinden 2010-2030 yılları aralığında salınan sera gazı emisyonu
anaerobik stabilizasyon havuzu için ~2.072.000 t CO2 eşd, biyolojik atıksu arıtma tesisi
için ~1.323.000 t CO2 eşd ve ileri biyolojik atıksu arıtma tesisi için ~424.000 t CO2 eşd
olarak hesaplanmıştır.
3.2. N2O Emisyonu
Doğada toprak, tuzlusu ve tatlısu ortamlarında gerçekleşen azot döngüsündeki
nitrifikasyon ve denitrifikasyon prosesleri, atıksu arıtma tesislerinde mühendislik
yaklaşımıyla biyolojik azot gideriminde kullanılmaktadır. Ancak doğanın aksine,
biyolojik besi giderimi yapılan evsel atıksu arıtma tesislerinde giriş suyundaki azotun
neredeyse tamamı 3-8 saat gibi kısa bir sürede giderilmeye çalışıldığından, çeşitli
mekanizmalar ve ortam koşullarının mikroorganizmalar üzerindeki etkisi N2O gazı
emisyonuna sebep olmaktadır. N2O’in GWP değeri CO2’in yaklaşık 300 katı
olduğundan, emisyon miktarı az bile olsa küresel ısınmaya etkisi oldukça fazladır.
Czepiel ve diğ. (1995), evsel atıksuyun ön arıtma ve ardından aktif çamur ile arıtıldığı
bir tesiste, havalandırılmış ve havalandırılmamış yüzeylerde N2O gazı emisyonunu
incelemişlerdir. N2O gazının, denitrifikasyon bakterileri tarafından, yüksek BOİ ve
düşük O2 konsantrasyonunun olduğu giriş borusu, çökeltim tankları, çamur bekletme
tankları ve çamur üretim hatlarında üretildiği ve çözünmüş N2O gazının sudan
ayrılarak atmosfere salınmasının ise havalandırmadan ve havalandırılmamış
yüzeylerde de akım türbülansından kaynaklandığı belirtmiştir. Çalışmada, 10.925
eşdeğer nüfuslu biyolojik (ön arıtma ve aktif çamur) atıksu arıtma tesisinin kişi başı
emisyon faktörü 3,2 g N2O/kişi/yıl ve arıtılan atıksu başına emisyon faktörü 1,6∗10-6
g N2O/Latıksu olarak tanımlanmıştır (Czepiel ve diğ, 1995).
IPCC (2006) Ulusal Sera Gazı Envanteri Rehberi’nde, ön arıtma ve aktif çamur sistemi
ile arıtma yapılan tesisten doğrudan N2O emisyon faktörü 3,2 g N2O/kişi/yıl (Czepiel
ve diğ. (1995) kaynak gösterilmiştir), arıtılmış atıksuyun alıcı ortama deşarjına bağlı
olarak alıcı ortamda meydana gelen dolaylı emisyon faktörü ise 5 g N2O-N/kg Ndeşarj
olarak verilmiştir (IPCC, 2006). Czepiel ve diğ. (1995) tarafından incelenen atıksu
arıtma tesisi, biyolojik besi maddesi giderimi yapılan tesisler için temsil edici bir örnek
31
olmadığından, IPCC (2006) Rehberi’nde belirtilen değer birçok gelişmiş ülke için
gerçeği yansıtan bir değer olmamaktadır. Bazı gelişmiş ülkelerde, atıksu arıtma
tesislerinde veri toplama ve analiz yöntemlerinin iyi olması, ülkeye özel emisyon
faktörünün tanımlanmasına olanak sağlamaktadır. Çizelge 3.2, IPCC emisyon
faktörleri ile bazı ülkelere özel emisyon faktörlerini karşılaştırmaktadır.
Çizelge 3.2: IPCC (2006) Rehberi ve bazı gelişmiş ülkelerin emisyon faktörü
karşılaştırması (GWRC, 2011)
Birim IPCC Danimarka Japonya ABD
kg N2O kişi yıl⁄⁄ 0,0032 0,0108 0,00016 0,0032 (N)
0,007 (N+D)
kg N2O-N kg Ngiriş⁄ 0,00035 0,0024 0,004 0,0007 (N)
0,0015 (N+D)
(N): Yalnızca nitrifikasyon yapan tesisler için emisyon faktörü
(N+D): Nitrifikasyon ve denitrifikasyon yapan tesisler için emisyon faktörü
Foley ve diğ. (2010), tam ölçekli değişik kapasite, proses konfigürasyonu, çıkış
karakterizasyonu ve iklime sahip 7 biyolojik besi maddesi giderimi yapılan (BNR)
tesisi incelemiş ve N2O üretiminin, denitrifikasyon ile giderilen azot miktarı başına
0,006-0,253 kg N2O-N kg Ndenit
-1 aralığında değiştiğini ve üretilen N2O gazının
%95’inden fazlasının atmosfere salındığını belirtmiştir. Çalışmada, anaerobik bölgede
N2O üretiminin anoksik ve aerobik bölgelerden daha az olduğu ve çıkış suyunda TN
konsantrasyonu düşük olan tesislerden N2O emisyonunun, kısmi denitrifikasyon
yapan tesislere göre daha az olduğu öne sürülmüştür (Foley ve diğ, 2010). Çizelge
3.3’te çeşitli tam ölçekli atıksu arıtma tesislerine ait giriş azot yüküne bağlı N2O
emisyon faktörleri verilmiştir. Biyolojik besi maddesi gideriminin yapılmadığı
tesislerde birim N2O emisyon faktörü %0,001-0,05 N2O/Ngiriş aralığındayken, BNR
tesislerinde %0,03-25 N2O/Ngiriş aralığında değişmektedir (Law ve diğ, 2012).
Çizelge 3.3: Çeşitli tam ölçekli atıksu arıtma tesislerinden raporlanan N2O emisyon
faktörleri (Law ve diğ, 2012)
Tesis özelliği N2O emisyon
faktörü
(% N2O/Ngiriş)
Numune alma metodu
Aktif çamur tesisi (birincil ve
ikincil arıtma)
0,035-0,05 15 hafta boyunca haftada bir elle numune
alınmıştır (ABD).
Aktif çamur tesisi 0,001 1 yıl boyunca 2 haftada bir elle numune alınmıştır
(Almanya).
Anoksik-aerobik aktif çamur tesisi 0,001-0,04 Elle numune alınmıştır (Almanya).
Ardışık kesikli aktif çamur 0,01 - (Fransa)
BNR tesisleri (7 tane) 0,6-25 (ort. 2,5) Elle numune alınmıştır (Avustralya).
BNR tesisleri (12 tane) 0,003-2,59 Online ölçüm yapılmıştır (ABD).
32
Denitrifikasyonda N2O gazı zorunlu ara ürün olduğundan denitrifikasyonun N2O
emisyonuna büyük etkisi olduğu düşünülse de nitrifikasyon reaksiyonlarının N2O
üretiminde daha büyük rol oynadığı ortaya çıkmıştır. Yapılan çalışmalar, amonyak
oksitleyici bakteriler (AOB) başta olmak üzere ototrofik nitrifikasyon bakterilerinin
nitrifikasyon reaksiyonunda da N2O gazının ara ürün olduğunu ortaya koymuştur. Bu
mekanizmalara ek olarak, aktif çamurda nitrifikasyonda görev alan AOB’lerin, düşük
O2 konsantrasyonunda gerçekleştirdiği denitrifikasyonun N2O üretimine büyük etkisi
vardır (Kim ve diğ, 2010; Law ve diğ, 2012; Kampschreur ve diğ, 2009; Wunderlin ve
diğ, 2012).
BNR tesislerinde proses tasarım ve işletme koşulları iyileştirilerek, çözünmüş N2O
gazının sudan ayrılıp atmosfere salınmasının önlenebilmektedir (Law ve diğ, 2012).
3.2.1. Atıksu arıtma tesislerinde N2O gazı üretimi
Biyolojik besi maddesi gideriminin yapıldığı atıksu arıtma sistemlerinde, ardışık veya
eş zamanlı olarak gerçekleşen reaksiyonlarla, oksik ortamda atıksuda amonyum (NH4+)
formunda bulunan azot nitrifikasyon reaksiyonlarıyla nitrata (NO3-) oksitlenir ve
anoksik ortamda NO3- denitrifikasyon reaksiyonlarıyla nitrojen gazına (N2) indirgenir.
Birçok nitrifikasyon bakterisi ototrofiktir. Nitrifikasyonda, amonyum oksitleyici
bakteriler (AOB) NH4+’u nitrite (NO2
-) oksitlerken enerji elde eder ve nitrit oksitleyici
bakteriler (NOB) NO2-’i NO3
-’a oksitler. Nitrifikasyon reaksiyonlarında O2 e- alıcıdır.
Denitrifikasyon bakterileri (DEN) genelde heterotrofiktir, organik maddeleri (KOİ)
enerji ve karbon kaynağı; oksitlenmiş azotu da O2’e alternatif e- alıcı olarak kullanırlar.
Atıksuda yeterli miktarda KOİ konsantrasyonu olmadığında denitrifikasyonu
tamamlamak için dışarıdan karbon kaynağı ilave etmek gerekmektedir. Biyolojik azot
giderimi yapılan atıksu arıtma tesislerinde gerçekleşen azot döngüsü Şekil 3.1’de
verilmiştir. Burada ‘1’ amonyum oksidasyonu (AOB), ‘2’ nitrit oksidasyonu (NOB),
‘3’ nitratın nitrite indirgenmesi (DEN), ‘4’ nitritin azot okside indirgenmesi (AOB ve
DEN), ‘5’ azot oksidin nitröz okside indirgenmesi (AOB ve DEN), ‘6’ nitröz oksidin
nitrojen gazına indirgenmesi (DEN), ‘7’ azot tutma, ‘8’ nitritin amonyum oksidasyonu
ile nitrojen gazına dönüşümü (Anammox) reaksiyonlarını temsil etmektedir.
Nitrifikasyon ‘1’ ve ‘2’ basamaklarını, denitrifikasyon ‘3, 4, 5 ve 6’ basamaklarını
kapsamaktadır. AOB denitrifikasyonu ise ‘4 ve 5’ reaksiyonlarını içermektedir. Adım
33
‘1’deki NO ve N2O çıkışı, nitrifikasyonda ara ürün olan hidroksilaminin
oksidasyonuna bağlıdır.
Şekil 3.1: BNR sistemlerinde azot döngüsü (Kampschreur ve diğ, 2009)
BNR sistemlerinde N2O üretimi; nitrifikasyonda hidroksilamin (NH2OH)
oksidasyonu ara ürünlerinin bozunması, AOB denitrifikasyonu ve heterotrofik
denitrifikasyonda meydana gelmektedir ve bahsedilen mekanizmalar aşağıda
incelenmiştir.
Hidroksilamin (NH2OH) Oksidasyonu:
Nitrifikasyon iki aşamalı bir reaksiyondur ve 1. basamağında amonyumun nitrite
oksidasyonu AOB’ler tarafından gerçekleştirilir. NH4+’un NO2
-’e oksitlenmesi de iki
aşamalı bir reaksiyondur ve hidroksilamin (NH2OH) ara ürün olarak oluşmaktadır.
Burada, NH4+ amonyak monooksijenaz (AMO) katalizörlüğünde NH2OH’a oksitlenir
ve bu reaksiyonda O2’nin bir atomunun suya bağlanması için 1 çift e-’a ihtiyaç
duyulmaktadır. NH2OH’in NO2-’e oksitlenmesi hidroksilamin oksidoredüktaz (HAO)
enzimi tarafından katalize edilir ve burada 2 çift e- ortaya çıkar. NH2OH’in
oksitlenmesi sırasında ortaya çıkan 2 çift e-’un 1 çifti NH4+’un NH2OH’e
oksitlenmesinde kullanılır. Üretilen NO2- daha sonra nitrit oksidoredüktaz enzimi
katalizörlüğünde tek reaksiyonda NO3-’a oksitlenir. Nitrifikasyonun 1. basamağında,
NH2OH’in kimyasal bozunması veya oksidasyonunun tamamlanamaması sonucunda
N2O oluşabilmektedir. Ayrıca aerobik ortamda NO2-’in birikmesi durumunda, NO2
-’in
34
kimyasal reaksiyonları sonucunda da NO ve N2O oluşmaktadır (kemodenitrifikasyon)
(Şekil 3.2) (Wrage ve diğ, 2001).
Şekil 3.2: Nitrifikasyon reaksiyonları (Wrage ve diğ, 2001)
Nitrifikasyonun 1. basamağında (amonyum oksidasyonu) gerçekleşen reaksiyon
zincirindeki HAO enzimi faaliyetleri üzerinde yapılan detaylı çalışmalarda, NH2OH’in
NO2-’e oksitlenmesi reaksiyonunun eşzamanlı iki aşamalı reaksiyon ile gerçekleştiği
görülmüştür. Bu aşamalar; (i) NH2OH’in nitrozil radikaline (NOH) dönüşümü ile (ii)
NOH’in NO2-’e dönüşümüdür. Ara ürün olan NOH’in HAO enzimiyle NO2
-’e
parçalanmasından NO, NOH’in kararsız kimyasal bozunmasından ise N2O
oluşmaktadır. HAO enzimi yardımıyla NO’nun N2O’e dönüşümü de mümkündür
(Law ve diğ, 2012).
AOB Denitrifikasyonu:
AOB denitrifikasyonu, düşük O2 konsantrasyonun olduğu aerobik koşullarda, düşük
KOİ konsantrasyonu ve ortamda yeterli NO2- bulunduğunda, N2O üretiminde
dominant bir prosestir. AOB denitrifikasyonu Şekil 3.1’de ‘4 ve 5’ basamaklarını
içerir. AOB denitrifikasyonunda, NO2-, NO3
- oluşturulmadan, NO ve N2O’e indirgenir
ve bu reaksiyonlarda NH2OH, H2 ve NH3’ı e- verici olarak kullanılır (Law ve diğ,
2012). AOB’ler oksijen azlığında, NO2-’i son e- alıcı olarak kullanıp kısmi
denitrifikasyon yaparlar (Talleca ve diğ, 2006). Özellikle çözünmüş oksijenin
sınırlayıcı parametre olduğu ortamlarda, AOB denitrifikasyonu N2O üretiminde büyük
rol oynamaktadır (Goreau ve diğ, 1980; Law ve diğ, 2012).
35
Heterotrofik Denitrifikasyon
Şekil 3.1’de (3), (4), (5) ve (6) yollarını kapsayan heterotrofik denitrifikasyonda,
ardışık reaksiyonlarla NO3−, N2 gazına indirgenir. Bu reaksiyon zincirinde N2O zorunlu
ara üründür ve tamamlanamamış denitrifikasyon suda çözünmüş N2O birikimine sebep
olmaktadır. Heterotrofik denitrifikasyonda nitrat redüktaz, nitrit redüktaz, azot oksit
redüktaz ve nitröz oksit redüktaz enzimleri görev almaktadır (Şekil 3.3). Azot oksit
redüktaz ve nitröz oksit redüktaz enzimlerinin reaksiyon hızı nitrat redüktaz ve nitrit
redüktaz enzimlerinin hızından daha fazladır yani anaerobik koşullar altında oluşan
ara ürün N2O’in tüketilmesi beklenmektedir. Ancak atıksu arıtma tesislerindeki
anoksik ortamdan aerobik ortama geçişler (veya tersi), nitröz oksit redüktazın O2 ile
inhibe edilmesine ve N2O birikimine neden olmaktadır. Ayrıca denitrifikasyon
enzimleri anaerobik koşullarda aktif hale gelir ve nitröz oksit redüktazın aktifleşmesi
diğer denitrifikasyon enzimlerinden daha sonra gerçekleşmektedir. Bu durum N2O
birikimine neden olmaktadır (Law ve diğ, 2012).
Şekil 3.3: Denitrifikasyon enzimleri (Wrage ve diğ, 2001)
Kısmi denitrifikasyon sonunda N2O birikimi olsa da anoksik/anaerobik bölgelerde
aktif havalandırma olmadığından N2O gazı suda çözünmüş halde kalır ve atmosfere
salınmaz. Biriken çözünmüş N2O gazının havalandırılan alana taşınması N2O
emisyonuna sebep olmaktadır. Denitrifikasyonda geçici olarak biriken N2O gazının
indirgenmesi için yeterli anoksik süre sağlandığında, heterotrofik denitrifikasyon
kaynaklı N2O emisyonu azaltılabilmektedir (Law ve diğ, 2012).
Çoğu denitrifikasyon bakterileri fakültatiftir yani oksijen varlığında e- alıcı olarak O2’i
kullanırlar (Oksijenin enerji verimi yüksektir.). 1990’lı yıllarda keşfedilen zorunlu
anaerobik kemoototrofik Anammox bakterileri ise NO2-’ı e- alıcı olarak kullanarak
NH4+’u N2 gazına oksitlemektedir (Sliekers ve diğ, 2002). Anammox reaksiyonlarında,
36
NO2-’in bir kısmı NO3
-’a oksitlenir ve ortaya çıkan e-’lar hücre çoğalmasında
kullanılmak üzere CO2’in indirgenme reaksiyonunda kullanılır (Monballiu ve diğ,
2013). Anammox prosesinde N2O ara ürün olarak oluşmamaktadır.
3.2.2. N2O emisyonuna neden olan ortam koşulları
3.2.2.1. Çözünmüş oksijen konsantrasyonu
Biyolojik azot gideriminin yapıldığı atıksu arıtma tesislerinde nitrifikasyon ve
denitrifikasyon bölmelerindeki çözünmüş oksijen konsantrasyonun N2O gazı
üretimine etkisi oldukça fazladır. Aerobik nitrifikasyon bölmesinde çözünmüş oksijen
azlığı AOB’lerin denitrifikasyon yapmasına sebep olur. Gereğinden çok havalandırma
ise suda çözünürlüğü fazla olan N2O gazının sıyrılarak atmosfere salınmasına neden
olur. Yapılan çalışmalarda nitrifikasyon bölgelerinde havalandırılan yüzeylerden N2O
emisyonunun havalandırılmayan bölgelere göre 2-3 kat fazla olduğu ortaya
konmuştur. Denitrifikasyonda ise oksijen denitrifikasyon enzimlerini inhibe
etmektedir ve özellikle N2O redüktaz enzimi oksijene diğer denitrifikasyon
enzimlerinden daha hassas olduğundan N2O birikmesi olabilmektedir (Law ve diğ,
2012).
Çözünmüş oksijen konsantrasyonu, atıksu arıtma tesislerinde özellikle geçiş
bölgelerinde N2O oluşumunu ve emisyonunu etkilemektedir. Çünkü ani ortam
değişikliğine maruz kalan mikroorganizmalar, yeni ortama kısa sürede uyum
sağlayamazlar. Oksik bölgeden anoksik bölgeye geçişte azalan O2 konsantrasyonu
nitrifikasyonu, anaerobik bölgeden oksik bölgeye geçişte artan O2 konsantrasyonu ise
denitrifikasyonu etkileyerek N2O birikimine sebep olmaktadır.
Fransa’da biyolojik besi maddesi giderimi yapılan bir atıksu arıtma tesisinde,
havalandırma öncesi ve sonrası N2O gazı emisyonu incelenmiştir. Şekil 3.4’ten
görüleceği üzere, havalandırmanın başlamasıyla pik yapan N2O gazı emisyonunun
anoksik bölgedeki heterotrofik denitrifikasyondan kaynaklandığı, sonraki daha geniş
pikin ise nitrifikasyon kaynaklı olduğu belirtilmiştir (GWRC, 2011).
37
Şekil 3.4: Atıksu arıtma tesisinde nitrifikasyonda salınan N2O gazı (GWRC, 2011)
3.2.2.2. Nitrit (NO2-) konsantrasyonu
Tam ölçekli atıksu arıtma tesislerinde yapılan çalışmalarda, nitrifikasyon koşullarında
yüksek NO2- konsantrasyonunun, AOB denitrifikasyon aktivitesini tetiklediği ve N2O
üretimini arttırdığı ortaya çıkmıştır. Denitrifikasyonda ise yüksek NO2-
konsantrasyonu, denitrifikasyon hızını yavaşlatmakta ve NO ile N2O birikimine neden
olmaktadır (Kampschreur ve diğ, 2009).
3.2.2.3. KOİ/N oranı
Atıksuda yeterli organik madde (karbon kaynağı) bulunmadığında, denitrifikasyon
enzimleri arasında e- rekabeti başlar. Düşük KOİ/N oranına bağlı olarak organik
karbonun limitleyici faktör niteliğinde olması, nitrat redüktaz ve nitrit redüktazın e-
ilgisi, azot oksit redüktaz ve nitröz oksit redüktazdan daha fazla olduğundan, ortamda
NO ve N2O birikmesine neden olur (Law ve diğ, 2012). Yapılan deneylerde karbonun
limitleyici olduğu ortama dışarıdan karbon kaynağı eklendiğinde N2O emisyonunda
azalma olduğu gözlenmiştir (Kampschreur ve diğ, 2009).
3.2.2.4. Dolaylı yoldan etkileyen faktörler
Biyolojik besi maddesi giderimi yapılan atıksu arıtma tesislerinde çözünmüş oksijen
ve nitrit konsantrasyonunu etkileyen çeşitli parametreler N2O gazı emisyonunu dolaylı
yoldan etkilemektedir. Örneğin, yüksek organik madde yüklemesi olan tesislerde,
havalandırmanın yetersiz olduğu durumlarda oluşan büyük floklar ve yoğun
38
partiküller çözünmüş oksijen konsantrasyonu etkilemekte ve nitrifikasyon tankında
AOB denitrfiikasyonuna bağlı N2O üretimini arttırmaktadır.
Yüksek sülfür konsantrasyonu gibi toksik etkenler ve düşük sıcaklık, düşük çamur yaşı
gibi parametreler mikroorganizma ve enzim faaliyetlerini etkileyerek NO2-
konsantrasyonunu arttırabilmekte ve buna bağlı olarak N2O üretimini arttırmaktadır
(Kampschreur ve diğ, 2009).
Şekil 3.5’te BNR tesislerinde N2O emisyonunu etkileyen faktörler özetlenmiştir.
Nitrifikasyonda düşük çözünmüş oksijen ve yüksek NO2- konsantrasyonuna neden olan
faktörler ile denitrifikasyonda çözünmüş oksijen varlığı, yüksek NO2- konsantrasyonu
ve düşük KOİ/N oranına neden olan faktörler N2O üretimini arttırmaktadır.
Nitrifikasyon tankında gereğinden fazla havalandırma yapıldığında, çözünmüş N2O
gazı atmosfere salınmaktadır.
Şekil 3.5: N2O emisyonuna neden olan başlıca parametreler (Kampschreur ve diğ,
2009)
3.3. CH4 Emisyonu
Organik maddenin, oksijen yokluğunda metanojik mikroorganizmalar tarafından
biyolojik olarak bozunması sonucu CH4 gazı oluşmaktadır. Atıksu arıtma tesislerinde
yüksek BOİ ve düşük O2 konsantrasyonunun olduğu giriş yapısı (kanalizasyonda
üretilen CH4 gazı burada salınır), anaerobik/anoksik biyolojik tanklar, çamur çürütücü
ve bekletme tanklarında CH4 gazı emisyonu gözlenebilmektedir (GWRC, 2011).
39
Czepiel ve diğ. (1993), 1,1∗109 L/yıl debiye sahip ve 10.925 eşdeğer nüfuslu, ön
arıtmanın ardından aktif çamur sistemiyle arıtılan evsel atıksu arıtma tesisinde, kişi
başı emisyon faktörünü 0,039 kg CH4/kişi/yıl ve arıtılan atıksu başına emisyon
faktörünü 2,4∗10-4 g CH4/L olarak tanımlanmıştır (çamur üniteleri hariç). Çamurun
anaerobik olarak çürütüldüğü tesislerde emisyon faktörü çok daha fazladır.
Anaerobik çamur çürütücü içeren evsel atıksu arıtma tesislerinde metan emisyonun
~%70’i çamur ünitelerinden kaynaklanmaktadır. Çamur ünitelerinde üretilip üst
akımla tesis başına verilen çözünmüş CH4, aktif çamur tankında biyolojik olarak
CO2’e dönüşmekte ya da havalandırmanın etkisiyle sudan sıyrılıp atmosfere
salınmaktadır. Piston akışlı aktif çamur reaktörlerinde, reaktöre giren çözünmüş
CH4’ın %80’i CO2 dönüşmektedir ve bu oranın tam karışımlı reaktörlerde daha fazla
olması beklenmektedir (Daelman ve diğ, 2012).
3.3.1. Atıksu arıtma tesislerinde CH4 üretimi
Organik maddelerin anaerobik olarak çürütülmesi hidroliz, asit üretimi ve metan
üretimi aşamalarını kapsamaktadır. Hidrolizde, hücre dışı enzimlerle kompleks
organik maddeler daha basit yapıdaki forma parçalanırlar. Asit üretiminde basit
yapıdaki moleküller asidojenik bakteriler ve asetik asit bakterileri tarafından asetik
asit, uçucu yağ asidi, H2 ve CO2’e dönüştürülürler. Metan üretiminde ise metanojen
bakterilerinin ve arkelerin faaliyetleri sonucu, asetik asidin parçalanması veya H2 ve
CO2’in sentezi sonucu CH4 ve CO2 gazı üretilir (Öztürk ve diğ, 2015). Çürütülen 1 kg
uçucu katı madde başına üretilen 1 m3 gazın %65’i CH4 ve %35’i CO2’tir (IPCC,
1999). Anaerobik çürütme sonunda oluşan gaz karışımına biyogaz denir ve enerji
değeri oldukça yüksektir. Tesis içinde biyogazdan enerji elde edildiğinde, geri
kazanılan CH4 miktarı net sera gazı emisyonundan düşülmektedir. Ayrıca elde edilen
enerji tesis içinde kullanıldığında, fosil yakıt kullanımından tasarruf edilir ve tasarruf
edilen fosil yakıta bağlı emisyon değeri de tesisin net emisyon değerinden
düşülmelidir. Artıma çamurlarının anaerobik çürütülmesi, tesislerin karbon ayakizi
değerini küçülttüğünden, atıksu arıtma tesislerinin çevreye etkilerini azaltmaktadır.
Anaerobik çürütücüye, ön çökeltim tankından gelen birincil çamur ile aktif çamur
reaktöründen gelen fazla biyolojik çamur beslenebilir. Birincil çamurun organik
madde içeriği yüksektir ve kolay ayrışabilir niteliktedir. Biyolojik çamur ise birincil
çamurdan daha yavaş bozunur ve bu nedenle biyogaz verimi daha düşüktür. Uygun
40
koşullar altında birincil çamurun CH4 verimi 315-400 Nm3/tKM, biyolojik çamurun
CH4 verimi ise 190-240 Nm3/tKM’dir (Bachmann, 2015).
3.3.2. CH4 emisyonuna neden olan ortam koşulları
3.3.2.1. Çözünmüş oksijen konsantrasyonu
Organik maddenin anaerobik olarak ayrışıp CH4 üretilebilmesi için anaerobik koşul
zorunludur. Atıksu arıtma tesisinin iyi işletilememesi sonucu oluşan anaerobik
bölgelerde faaliyet gösteren metanojik bakteriler istenmeyen CH4 üretimine sebep
olabilir. Metanojik bakteriler için oksijen inhibitör niteliğindedir.
41
4. SERA GAZI PROTOKOLÜ
İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi gereğince, taraflar yıllık emisyon miktarlarını,
belirlenen beş ana sektör ((i) enerji, (ii) endüstriyel prosesler ve ürün kullanımı, (iii)
tarım, ormancılık ve diğer arazi kullanımı, (iv) atık, (v) diğer) için raporlamakla
yükümlüdürler. Sera gazı emisyon miktarını hesaplama ve raporlama hakkında bir çok
standart mevcuttur. Dünya Kaynakları Enstitüsü (World Resources Institute (WRI))
ve Dünya Sürdürülebilir Kalkınma İş Konseyi (World Business Council for
Sustainable Development (WBCSD)) tarafından geliştirilen Sera Gazı Protokolü
(WRI & WBCSD, 2005) en yaygın kullanılan protokol olup, sera gazı hesaplama ve
raporlamaya yönelik kapsam ve sınır konularında kılavuz niteliğindedir.
Sera Gazı Protokolü, emisyon kaynağının doğrudan veya dolaylı aidiyet seviyesine
göre emisyon raporlama kapsamları belirlemiştir. Kapsam 1, tesisten doğrudan salınan
ve kontrol edilen, üreticiye ait emisyonları; Kapsam 2, tesiste kullanılmak üzere satın
alınan elektrik üretiminden kaynaklanan, kullanıcıya ait dolaylı sera gazı emisyonunu;
Kapsam 3, tesis dışında salınan, satın alınan bütün malzemelerin üretiminden, üretilen
ürünün kullanımından, çalışanların ve tedarik zincirindeki ulaşım faaliyetlerinden
kaynaklı, kullanıcıya ait bütün dolaylı emisyonları içermektedir. Emisyon
raporlamada küresel ölçekte kabul gören bu kapsam yaklaşımının özeti Çizelge 4.1’de
verilmiştir. Atıksu arıtma tesisleri için belirlenmiş sera gazı emisyon kaynakları ve
sera gazı türleri Çizelge 4.2’de verilmiştir.
Çizelge 4.1: Sera Gazı Protokolünde belirtilen emisyon raporlama kapsamları özeti
(WRI & WBCSD, 2005)
Kapsam Aidiyet seviyesi Emisyon kaynakları 1 Doğrudan - Tesis sınırları içinde yakıt yakma
- Proses
- Tesis içi ulaşım araçları
- Isıtma, soğutma ve havalandırma faaliyetleri
2 Dolaylı - Tesiste kullanmak üzere satın alınan elektrik
3 Dolaylı - Satın alınan malzemeler
- Çalışanların iş seyahatleri
- Atık bertarafı
- Dışarıdan sağlanan fayda ve hizmetler
- Üretilen ürünün kullanımı
42
Çizelge 4.2: Atıksu arıtma tesisleri için belirlenmiş sera gazı emisyon kaynakları ve
sera gazı türleri (WRF & GWRC, 2013)
Kaynak Sera gazı Kapsam
Atıksu toplama
(Terfi) CO2, CH4,
N2O
- Enerji: 2 (elektrik enerjisi ise), 1 (tesiste yakıt
yakımı ile elde edilen enerji ise)
- İnşaat ve bakım: 3
- İşletmeye ait araç kullanımı: 1
- Kanalizasyondan CH4 emisyonu: 1
Arıtma (Izgaralar) CH4 - Ham sudan CH4 emisyonu: 1
- İnşaat ve bakım: 3
Arıtma (Ön arıtma) CH4 - Ham sudan CH4 emisyonu: 1
- İnşaat ve bakım: 3
Arıtma (Aktif çamur) CO2, N2O - Havalandırma enerjisi: 2 (elektrik enerjisi ise),
1 (tesiste yakıt yakımı ile elde edilen enerji ise)
- Nitrifikasyon/denitrifikasyonda veya deşarjda
N2O emisyonu: 1
- İnşaat ve bakım: 3
Arıtma (Filtreler) N2O - Nitrifikasyon/denitrifikasyonda N2O
emisyonu: 1
Arıtma (Ozonlama) N2O - Arıtmada N2O emisyonu: 1
Arıtma (Klorlama) CO2, CH4,
N2O
- Enerji: 2 (elektrik enerjisi ise), 1 (tesiste yakıt
yakımı ile elde edilen enerji ise)
- İnşaat ve bakım: 3
- İşletmeye ait araç kullanımı: 1
Arıtma (UV) CO2, CH4,
N2O
- Enerji: 2 (elektrik enerjisi ise), 1 (tesiste yakıt
yakımı ile elde edilen enerji ise)
- İnşaat ve bakım: 3
- İşletmeye ait araç kullanımı: 1
Arıtma (içme suyu
temini) CO2, CH4,
N2O
- Enerji: 2 (elektrik enerjisi ise), 1 (tesiste yakıt
yakımı ile elde edilen enerji ise)
- İnşaat ve bakım: 3
- İşletmeye ait araç kullanımı: 1
Dağıtım (kullanım
suyu temini) CO2, CH4,
N2O
- Enerji: 2 (elektrik enerjisi ise), 1 (tesiste yakıt
yakımı ile elde edilen enerji ise)
- İnşaat ve bakım: 3
- İşletmeye ait araç kullanımı: 1
Biyokatı (depolama) CH4 - Atık bertarafı: 1 (depo tesis içindeyse); 2
(dışarıdan alınan hizmetse)
Biyokatı (Yakma) CH4 - Kaçak emisyon: 1
Biyokatı
(Gübre/toprak
şartlandırıcısı)
CH4, N2O - Ürün olarak atık bertarafı: 3
Biyokatı (Kompost) CH4, N2O - Ürün olarak atık bertarafı: 1 (tesis içinde
kullanım); 3 (dışarıdan alınan hizmetse)
Biyokatı
(Susuzlaştırma) CH4 - Kaçak emisyon: 1
Biyokatı (Biyogaz
yakımı) CH4, N2O - Kaçak emisyon: 1
Biyokatı (Birleşik ısı
ve güç) CH4, N2O - Kaçak emisyon: 1
43
İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi kapsamında taraflar sektör bazlı yıllık emisyon
miktarlarını IPCC (2006) Ulusal Emisyon Envanteri Rehberinden yararlanarak
raporlamaktadırlar. Sera gazı emsiyonu konusu üzerine yapılan çalışmalar ışığında,
ekonomik sektörlerden daha küçük ölçekte (tesislere özgü) sera gazı emisyon miktarı
hesaplamada kullanılan bilgisayar simülasyon modelleri geliştirilmiştir. Hydromantis
firmasına ait GPS-X modeli bunlardan biridir. Sera gazı emisyon miktarı hesaplamada
kullanılabilen bu iki yöntem ayrıntılı biçimde aşağıda anlatılmıştır.
4.1. IPCC (2006) Ulusal Emisyon Envanteri Rehberi
4.1.1. N2O emisyonu
IPCC (2006) Rehberinde, atıksu arıtma tesislerinde nitrifikasyon ve denitrifikasyona
bağlı doğrudan N2O emisyon miktarı, arıtma çıkışında alıcı ortama deşarj edilen ve
ortamda dolaylı yoldan salınan N2O miktarından oldukça az kabul edilmektedir. Bu
nedenle çoğunlukla merkezi BNR tesislerinde evsel atıksu giderimi yapan ülkeler
hariç, dolaylı N2O emisyonlarının raporlanması yeterli görülmektedir.
Doğrudan 𝐍𝟐𝐎 emisyon miktarı hesabı:
Atıksu arıtma tesisinde nitrifikasyon ve denitrifikasyona bağlı doğrudan N2O emisyon
miktarı hesaplanırken, Czepiel ve diğ. (1995) tarafından belirlenen emisyon faktörü
3,2 gN2O kişi/yıl⁄ değeri denklem 4.1’de kullanılmaktadır. Burada ‘N2OAAT
’ atıksu
arıtma tesislerinden arıtmaya bağlı doğrudan N2O emisyonunu (kgN2O yıl⁄ ), ‘P’
tesisin hizmet verdiği kişi sayısını, ‘TAAT’ popülasyonun merkezi AAT’lerden
yararlanma oranını, ‘FEnd-Tic’ endüstriyel ve ticari kaynaklardan atıksu toplama
kanalına protein girişi faktörünü (1,25 olarak alınır), ‘EFAAT’ ise emisyon faktörünü
(3,2 g N2O kişi/yıl⁄ ) belirtmektedir.
N2OAAT
=P ∗ TAAT ∗ FEnd-Tic ∗ EFAAT (4.1)
Dolaylı 𝐍𝟐𝐎 emisyon miktarı hesabı:
Atıksu arıtma tesisi çıkış suyunun alıcı ortama deşarjından kaynaklı dolaylı N2O
emisyon miktarı hesaplanırken denklem 4.2 kullanılmaktadır. Burada ‘N2ODeşarj
’ alıcı
ortamdan arıtılmış atıksuyun neden olduğu N2O emisyonunu (kg N2O yıl⁄ ), ‘NDeşarj’
arıtılmış atıksudaki azot miktarını (kg N yıl⁄ ), ‘EFDeşarj’ dolaylı yolla salınan N2O
44
emisyon faktörünü (0,005 kg N2O-N kgN⁄ ) ve ‘44 24⁄ ’ ise N2O-N’in N2O’e dönüşüm
faktörünü belirtmektedir.
N2ODeşarj
=NDeşarj ∗ EFDeşarj ∗ 44 24⁄ (4.2)
IPCC (2006) Rehberi, EFDeşarj değerini 0,005 (0,0005-0,25) kg N2O-N kg N⁄ olarak
belirlemiştir. Bu değer alıcı ortamda nitrifikasyon ve denitrifikasyon proseslerinin
oluşumu ile ilgili iki kabul yapılarak elde edilmiştir. Birinci kabul giriş suyundaki
bütün azotun alıcı ortama deşarj edilmesidir. İkinci kabul ise deşarj edilen azotun
tamamının nitrifikasyon ve denitrifikasyona uğramasıdır.
4.1.2. CH4 emisyonu
Atıksu arıtma tesislerinden kaynaklanan CH4 gazı emisyonunun belirlenmesi için 3
tabaka yöntem belirlenmiştir.
Tabaka 1: Emisyon faktörü ve aktivite parametreleri olarak IPCC (2006) Rehber
değerlerinin kullanarak emisyonların belirlenmesinde bu yöntem kullanılmaktadır.
AAT’lere ait sınırlı bilgiye sahip ülkeler için idealdir.
Tabaka 2: Bu yöntem Tabaka 1 ile aynı hesaplama yöntemiyle ilerler ancak ülkeye
özgü emisyon faktörü ve aktivite parametre değerleri mevcut ise bu bilgiler
hesaplamalara yansıtılmaktadır. Çamurun bertarafı (yakma, depolama, arazide
kullanma vb.) ve anaerobik arıtma kullanılarak geri kazanılan CH4 miktarı, emisyon
miktarını etkileyen önemli parametrelerdir. Bu değerler, net emisyon miktarı
değerinden çıkartılırlar.
Tabaka 3: Ülkeye özgü emisyon faktörü ve aktivite parametreleri mevcut olan ülkeler,
geliştirdikleri ileri emisyon tahmin yöntemleriyle emisyon hesabı yapıp
raporlayabilmektedirler.
IPCC (2006) Rehberine göre evsel atıksu arıtma tesisinden kaynaklı CH4 emisyonu
tahmininde hangi tabaka yönteminin kullanılacağına karar verildikten sonra aşağıdaki
adımlar takip edilmektedir.
1. Adım: Atıksudaki toplam organik karbon (TOK, kg KOİ/yıl) miktarı denklem 4.3
kullanılarak belirlenir. Burada ‘P’ eşdeğer nüfusu, ‘KOİ’ hizmet verilen bölgeye özgü
kişi başı yıllık KOİ yükünü (g/kişi/yıl), ‘I’ ise atıksu kanalına giren endüstriyel atıksu
45
düzeltme faktörünü (evsel ve endüstriyel atıksu beraber toplanıyorsa 1,25, ayrı
toplanıyorsa 1,00) belirtmektedir.
TOK=P ∗ KOİ ∗ 0,001 ∗ I ∗ 365 (4.3)
Bu çalışmada, atıksudaki toplam organik karbon (TOK) miktarı olarak tesislerin
tasarımında kullanılan atıksu KOİ yükü hesaplarda kullanılacaktır.
2. Adım: Atıksu arıtma tesisi aktivite parametreleri seçilir ve denklem 4.4 ile emisyon
faktörü hesaplanır. Burada, ‘EFj’ emisyon faktörünü (kg CH4 kg KOİ⁄ ), ‘BO’ atıksu
KOİ yükü başına maksimum CH4 üretim kapasitesini (kg CH4 kg KOİ⁄ ), ‘MCFj’ ise
metan düzeltme faktörünü belirtmektedir.
EFj=BO ∗ MCFj (4.4)
3. Adım: Denklem 4.5 kullanılarak her sistem için emisyon miktarı hesaplanır. Çamur
bertarafı ve CH4 kazanımı oranları bu adımda devreye girer. Burada, ‘S’ çamur ile
uzaklaştırılan organik madde (yakma, depolama veya araziye uygulama bertaraf
yöntemleri için) miktarını (kg KOİ/yıl), ‘R’ ise anaerobik çürütücüde gerş kazanılan
CH4 miktarını (kg CH4 yıl⁄ ) belirtmektedir.
CH4 emisyonu= [∑(EFj)
j
] (TOK-S)-R (4.5)
CH4 emisyonu : İncelenen yıla ait CH4 emisyonu, kg CH4 yıl⁄
Tesise ait çamur bertarafı ve geri kazanılan CH4 ile ilgili veri bulunmuyorsa bu değer
‘0’ kabul edilecektir.
Çizelge 4.3: IPCC (2006) Rehberinde tanımlanan evsel atıksu için maksimum CH4
üretim kapasitesi (BO) (IPCC, 2006)
Evsel atıksu için maksimum CH4 üretim kapasitesi (BO)
0,6 kg CH4 kg BOİ⁄
0,25 kg CH4 kg KOİ⁄
46
Çizelge 4.4: IPCC (2006) Rehberinde belirlenen MCF değerleri (IPCC, 2006)
Atıksu arıtma ve deşarj
türü
Yorumlar MCF Aralık
Arıtılmayan sistem
Deniz, göl ve akarsuya
deşarj
Yüksek organik madde yüklemesi yapılan akarsular
anaerobik özellik gösterebilir.
0,1 0-0,2
Durgun atıksu kanalı Açık ve sıcak 0,5 0,4-0,8
Akışkan atıksu kanalı
(açık veya kapalı)
Hızlı hareket eder, temiz. (Pompa istasyonlarında
ihmal edilebilir CH4 emisyonu)
0 0
Arıtılan sistem
Merkezi sistem, aerobik
arıtma İyi işletilen. Çökelme tanklarından CH4 emisyonu
olabilir.
0 0-0,1
Merkezi sistem, aerobik
arıtma
İyi işletilmeyen veya fazla yük girişi olan 0,3 0,2-0,4
Anaerobik çamur
çürütücü CH4 geri kazanımı burada değerlendirilmemiştir. 0,8 0,8-1,0
Anaerobik reaktör CH4 geri kazanımı burada değerlendirilmemiştir. 0,8 0,8-1,0
Anaerobik sığ lagün Derinlik 2 m’nin altında 0,2 0-0,3
Anaerobik derin lagün Derinlik 2 m’nin üstünde 0,8 0,8-1,0
Septik sistem BOİ konsantrasyonunun yarısı anaerobik tankta
çöker
0,5 0,5
Tuvalet (dışarıda) Kuru iklim, yeraltısuyu seviyesi tuvalet
seviyesinden aşağıda, küçük aile (3-5 kişi)
0,1 0,05-
0,15
Tuvalet (dışarıda) Kuru iklim, yeraltısuyu seviyesi tuvalet
seviyesinden aşağıda, ortak kullanım
0,5 0,4-0,6
Tuvalet (dışarıda) Islak iklim veya sifon kullanımı, yeraltısuyu
seviyesi tuvalet seviyesinden yukarıda
0,7 0,7-1,0
Tuvalet (dışarıda) Düzenli sediment uzaklaştırma 0,1 0,1
4.2. GPS-X Simülasyon Programı
Alıcı ortam kalitesini korumak adına evsel atıksu arıtma tesisi deşarj standartları
giderek daha katı hale gelmektedir. 1950’lere kadar atıksu arıtma tesisi deşarj
standartları yalnızca AKM ve BOİ parametrelerini kapsarken, günümüzde bu
parametrelere ek olarak nütrient deşarjı sınırlandırılmaktadır ve biyolojik (aktif çamur)
atıksu arıtma tesislerinin karmaşıklığı, deşarj standartlarının sıkılaşmasıyla orantılıdır.
Tesis tasarımında ve işletmesinde kullanılan ampirik metotlar sistem karmaşıklığı
arttıkça doğruluktan uzaklaşmakta ve böyle durumlarda matematiksel modelleme ile
bilgisayar simülasyonları devreye girmektedir.
Uluslararası Su Derneği (International Water Association (IWA)) 1983’te, mevcut
matematiksel modelleri ve literatür bilgilerini inceleyerek, karbon oksidasyonu,
nitrifikasyon ve denitrifikasyon modellerinde en basit yaklaşımı belirlemek ve
tasarım/işletmede kullanılabilecek en az karmaşıklığa sahip aktif çamur modelini
geliştirmek üzere Matematiksel Modelleme Görev Grubunu kurmuştur. Görev Grubu
tarafından geliştirilen ilk model, 1981’de Cape Town Üniversitesi tarafından
47
geliştirilen UCTOLD modelini baz alan Activated Sludge Model No.1 (ASM1)’dir.
ASM1 karbon giderimi, nitrifikasyon ve denitrifikasyon proseslerini içerir ve biyolojik
fosfor gideriminin yapılmadığı durumlarda en çok kullanılan modeldir. Biyolojik
fosfor gideriminin yansıtıldığı modeller ise 1990’dan sonra ortaya çıkmıştır. 1995’te
biyolojik fosfor gideriminin dahil edildiği ASM2 Görev Grubu tarafından
geliştirilmiştir. ASM1’in geniş çaplı kullanımı, modelin bazı aksaklıklarını ortaya
çıkarmış ve bu aksaklıklar 1999’da ASM3 modeli ile giderilmiştir. Fosfor gideriminin
modellemesi üzerine yapılan çalışmalar sonucunda, fosfor depolayan organizmaların
(PAO) denitrifikasyon prosesi 1999’da ASM2d ile modele dahil edilmiştir. ASM3
modeline, 2001 yılında biyolojik fosfor giderimi ve PAO denitrifikasyonu modülü
EAWAG biyo-P dahil edilmiş, yeni model ASM3P olarak adlandırılmıştır. EAWAG
biyo-P modülü içerdiği proses ve bileşen sayısı açısından ASM2d ile aynı özelliklere
sahip olsa da yapıları biraz farklıdır.
Artan matematiksel modelleme uygulamaları yeni tesis tasarlamak, mevcut tesisi
optimize etmek ve yeni arıtma konfigürasyonları geliştirmek amacıyla
kullanılmaktadır. Birçok çalışmada kullanılan modellerin üniform yapıları, ticari
bilgisayar simülasyon programlarının geliştirilmesini sağlamıştır (Makinia, 2010).
Kanadalı Hydromantis firması tarafından geliştirilen GPS-X simülasyon programında,
su ve atıksu arıtımında değişik konfigürasyonlarda kullanılabilen temel prosesler
tanımlıdır. GPS-X’in bazı özellikleri aşağıda sıralanmıştır:
Kararlı hal ve dinamik simülasyonlar çalıştırılabilmektedir.
Sıcaklığa duyarlı standart biyokinetik modeller ASM1, ASM2d, ASM3 ve 2-
aşamalı nitrifikasyon (Mantis 2) mevcuttur.
Model yapısı oldukça basittir ve ara yüzü grafiksel olarak tasarlanmıştır.
Mantis3 modülü, atıksu arıtma tesislerinin karbon ayak izi hesaplamalarında
kullanılmaktadır. Her üniteye ait sera gazı emisyonu ve Kapsam 1, 2, 3 için toplam
emisyon miktarı hesaplanabilmektedir. Ayrıca anaerobik proseslerden kazanılan
metan miktarı da modele dahil edilmiştir. Mantis3 modeli enerji hesaplamalarını da
içermektedir.
4.2.1. Aktif Çamur Modeli No. 1 (ASM1)
ASM1’de organik madde ölçü birimi olarak kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ)
kullanılmaktadır. Atıksudaki organik madde (KOİ), biyolojik olarak bozunabilir
48
(ayrışabilir) olup olmamasına göre karakterize edilmektedir. Biyolojik olarak
bozunamayan (inert) KOİ arıtma sisteminde hiçbir değişikliğe uğramadan sistemi terk
etmektedir ve suda çözünebilirliğine göre fiziksel olarak iki ayrı kategoride
incelenmektedir. Çözünmüş inert KOİ (SI) deşarj ile sistemi terk ederken, partiküler
inert KOİ (XI) genellikle atık aktif çamur ile sistemden çıkmaktadır. Biyolojik olarak
bozunabilen KOİ ise hızlı ve yavaş bozunabilen olarak ikiye ayrılmaktadır. Hızlı
bozunabilen KOİ (SS), hücre duvarından geçebilen ve hücre sentezinde kullanılabilen
basit moleküllerden oluşmaktadır. Yavaş bozunabilen KOİ (XS) ise hidrolizle hızlı
bozunabilen KOİ’ye dönüştürülür (hidrolizde, enerji üretimi ve karşılığında elektron
alıcısı kullanımı olmadığı kabul edilmektedir). Hidroliz hızı genelde hızlı bozunabilen
substrat kullanımından daha yavaş olduğundan sistemde hız sınırlayıcı prosestir
(Hydromantis, 2016; Dereli, 2006).
ASM1’de heterotrofik ve ototrofik biyokütle modellenmiştir. Heterotrofik biyokütle
(XBH), aerobik ve anoksik koşullarda hızlı bozunabilen substratı tüketerek çoğalma ve
her ortam koşulunda gerçekleşen biyokütle ölüm reaksiyonları ile oluşmaktadır.
Ototrofik biyokütle (XBA) ise sadece aerobik koşullarda enerji üretimi için amonyak
kullanımıyla ve her ortam koşulunda biyokütle ölüm reaksiyonları ile oluşmaktadır.
Şekil 4.1’de, ASM1’dek, KOİ bileşenleri ve durum değişkenleri verilmiştir. Toplam
KOİ ise denklem 4.6’daki gibi hesaplanmaktadır.
KOİtop=Ss+SI+XS+XI+XBH+XBA (4.6)
Şekil 4.1: ASM1’deki KOİ bileşenleri ve durum değişkenleri (Dereli, 2006)
Toplam KOİ
Biyolojik Olarak Bozunabilen KOİ
Hızlı Bozunabilen KOİ (SS)
Yavaş Bozunabilen KOİ (XS)
Biyolojik Olarak Bozunamayan KOİ
Çözünmüş İnert KOİ (SI)
Partiküler İnert KOİ (XI)
Partiküler İnert Biyolojik Ölüm Ürünleri (XP)
Aktif Biyokütle
Heterotroflar (XBH)
Ototroflar (XBA)
49
Atıksudaki organik maddeye bağlı azot biyolojik olarak bozunabilirliğine ve fiziksel
durumuna göre kategorize edilmektedir. Partiküler inert azotlu madde (XNP),
partiküler inert KOİ altında bir fraksiyon olarak modellenmişken, çözünmüş inert
azotlu madde (SNI) ihmal edilmiştir. Bozunabilir azotlu madde ise amonyak (serbest
ve iyonize) (SNH), bozunabilir çözünmüş organik azot (SND) ve bozunabilir partiküler
organik (XND) olmak üzere üçe ayrılmaktadır. Partiküler organik madde hidrolizle
çözünebilir organik maddeye, çözünebilir organik ise heterotrofik biyokütle tarafından
amonyağa dönüştürülmektedir. Amonyağın nitrata ototroflar tarafından
dönüştürülmesi (nitrifikasyon) ise tek basamaklı bir proses olarak kabul edilmiştir
(Hydromantis, 2016). Amonyağın oksidasyonundan oluşan tek ürün nitrat (SNO) kabul
edilmiş ve modele dahil edilmiştir. Aktif biyokütle içindeki azot (XNB), biyokütle
ölümünden ortaya çıkan biyolojik olarak ayrışabilen organik azotu modelde temsil
etmektedir. Toplam Kjeldahl Azotu (TKN), amonyak azotu (SNH), organik bağlı azot
ve aktif biyokütledeki azotun (XNB) toplamıdır.
Şekil 4.2: ASM1’de azot bileşenleri ve durum değişkenleri (Dereli, 2006)
Çözünmüş oksijen konsantrasyonu (SO), ASM1’de negatif KOİ olarak ifade
edilmekte, alkalinite (SALK) ise modeldeki diğer prosesleri etkilememektedir.
ASM1 model matrisi Çizelge 4.5’te verilmiştir.
Nitrit ve Nitrat Azotu (SNO)
Toplam Kjeldahl Azotu (TKN)
Amonyak Azotu (SNH) Organik Bağlı Azot
Çözünmüş Organik Azot
İnert Çözünmüş Azot (SNI)
Bozunabilir Çözünmüş Azot
(SND)
Partiküler Organik Azot
İnert Partiküler Azot (XNP)
Bozunabilir Partiküler Azot
(XND)
Aktif Biyokütledeki Azot (XNB)
50
Çizelge 4.5: ASM1’in matris gösterimi (Dereli, 2006)
i Bileşen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Proses Hızı
j Proses SI SS XI XS XBH XBA XP SO SNO SNH SND XND SALK
1 Heterotrofik
aerobik çoğalma
-
1
YH
1 1-YH
YH
-iXB
-iXB
14 μ̅
H(
SS
KS+SS
) (SO
KOH+SO
) XBH
2 Heterotrofik anoksik çoğalma
-
1
YH
1 1-YH
2,86*YH
-iXB 1-YH
14*2,86*YH
-iXB
14 μ̅
H(
SS
KS+SS
) (SO
KOH+SO
) (SNO
KNO+SNO
) ηgXBH
3 Ototrofik
çoğalma
1 -4,57
YA
+1 1
YA
-iXB-1
YA
-iXB
14-
1
YA
μ̅A
(SNH
KNH+SNH
) (SO
KOA+SO
) XBA
4 Heterotrofik
ölüm
1-fp -1 fp iXB-fpiXB bHXBH
5 Ototrofik ölüm 1-fp -1 fp iXB-fpiXB bAXBA
6 Çözünmüş
organik azotun
amonifikasyonu
1 -1 1 14⁄ kaSNDXBH
7 Partiküler
organik
maddenin
hidrolizi
1 -1 kH
XS XBH⁄
KX+ XS XBH⁄[(
SO
KOH+SO
) +ηh
(KOH
KOH+SO
) (SNO
KNO+SNO
)] XBH
8 Partiküler
organik azotun hidrolizi
1 -1 ρT
(XND XS⁄ )
Gözlenen
dönüşüm hızları [M/L3T]
ri= ∑ υijj
ρj
Stokiyometrik
değerler:
YH
YA
fp
iXB
iXP
Çözü
nm
üş
iner
t o
rgan
ik
mad
de
[M(K
Oİ)
/L3]
Hız
lı b
ozu
nab
ilen
sub
stra
t [M
(KO
İ)/L
3]
Par
tik
üle
r in
ert
org
anik
m
add
e [M
(KO
İ)/L
3]
Yav
aş b
ozu
nab
ilen
org
anik
m
add
e [M
(KO
İ)/L
3]
Ak
tif
het
ero
tro
fik
biy
okü
tle
[M(K
Oİ)
/L3]
Ak
tif
oto
tro
fik b
iyok
ütl
e [M
(KO
İ)/L
3]
Par
tik
üle
r in
ert
biy
olo
jik
ö
lüm
ürü
nle
ri [
M(K
Oİ)
/L3]
Ok
(neg
atif
KO
İ)
[M(K
Oİ)
/L3]
Nit
rit
ve
Nit
rat
azo
tu
[M(N
)/L
3]
Am
ony
ak (
serb
est
ve
iyo
niz
e) a
zotu
[M
(N)/
L3]
Bozu
nab
ilir
çö
zünm
üş
azot
[M(N
)/L
3]
Bozu
nab
ilir
par
tikü
ler
azot
[M(N
)/L
3]
Alk
alin
ite
(mola
r)
Kinetik parametreler:
μ̅H
μ̅A
KS
KOH
KNO
KNH
KOA
KX
bH
bA
ηg
ηh
ka
kh
51
Çizelge 4.6: ASM1’de kullanılan parametreler ve önerilen değerler (Dereli, 2006)
Model parametreleri Sembol Birim 20°C 10°C Literatür
aralığı S
tok
iyo
met
rik
par
amet
rele
r Heterotrofik
dönüşüm oranı YH g hücre KOİ g KOİsubstrat⁄ 0,67 0,67 038-0,75
Ototrofik dönüşüm
oranı YA g hücre KOİ g Ngiderilen⁄ 0,24 0,24 0,07-0,28
Partiküler ürünlere
dönüşen biyokütle
oranı
fp - 0,08 0,08 -
Aktif biyokütle için
N/KOİ iXB g N g KOİbiyokütle⁄ 0,086 0,086 -
İnert biyokütle için
N/KOİ iXP g N g KOİinert biyokütle⁄ 0,06 0,06 -
Kin
etik
par
amet
rele
r Heterotrofik
maksimum spesifik
çoğalma hızı
μH
1 gün⁄ 6 3 0,6-13,2
Heterotrofik ölüm
hızı bH 1 gün⁄ 0,62 0,2 0,05-1,6
Heterotrofik yarı
doygunluk sabiti KS g KOİ m3⁄ 20 20 5-225
Heterotroflar için
oksijen yarı
doygunluk sabiti
KOH g O2 m3⁄ 0,2 0,2 0,01-0,2
Heterotroflar için
nitrat yarı
doygunluk sabiti
KNO g NO3-N m3⁄ 0,5 0,5 0,1-0,5
Ototrofik maksimum
spesifik çoğalma
hızı
μA
1 gün⁄ 0,8 0,3 0,2-1
Ototrofik ölüm hızı bA 1 gün⁄ 0,2 0,1 0,05-0,2
Ototroflar için
oksijen yarı
doygunluk sabiti
KOA g O2 m3⁄ 0,4 0,4 0,4-2
Ototroflar için
amonyak yarı
doygunluk sabiti
KNH g NH3-N m3⁄ 1 1 -
Heterotrofların
anoksik çoğalması
için düzeltme
faktörü
ηg - 0,8 0,8 0,6-1
Amonifikasyonu
hızı ka m3 gKOİ gün⁄ 0,08 0,04 -
Maksimum spesifik
hidroliz hızı kh KOİyavaş ayrışan KOİhücre gün⁄ 3 1 -
Yavaş bozunabilen
KOİ için hidroliz
yarı doygunluk
sabiti
KX KOİyavaş ayrışan KOİhücre⁄ 0,03 0,01 -
Anoksik hidroliz
için düzeltme
faktörü
ηh - 0,4 0,4 -
52
4.2.1.1. ASM1’de modellenen dinamik prosesler
Heterotrofların aerobik çoğalması:
Mikroorganizma büyümesi Monod kinetiğine göre modellenmiştir. Yeni hücre sentezi
için hızlı bozunabilir substrat (SS) kullanılır ve oksijen ihtiyacı oluşur, gerekli olan
azot ise amonyaktan karşılanmaktadır.
Heterotrofların anoksik çoğalması (denitrifikasyon):
ASM1’de denitrifikasyon tek kademeli olarak modellenmiştir ve e- vericisi hızlı
bozunabilir KOİ (SS), e- alıcısı ise nitrattır. Proses sonucunda heterotrofik biyokütle,
azot gazı ve alkalinite üretilmektedir. Denitrifikasyon prosesi de mikroorganizma
büyümesi gibi Monod kinetiğiyle ifade edilmektedir ancak “ηg<1” ifadesiyle kinetik
reaksiyon hızı anoksik şartlarda büyüme daha yavaş olduğundan yavaşlatılmaktadır.
Hücre sentezinde gerekli olan azot ise amonyaktan karşılanmaktadır.
Ototrofların aerobik çoğalması (nitrifikasyon):
ASM1’de nitrifikasyon tek kademeli olarak modellenmiştir. Amonyak nitrata
oksitlenme reaksiyonu fazla enerji gerektirdiğinden, ototrofik mikroorganizmaların
biyokütle dönüşüm oranı (YA), aktif çamur heterotrofların biyokütle dönüşüm
oranından (YH) daha küçüktür. Nitrifikasyon reaksiyonu ototrofik mikroorganizma
çoğalmasına ve oksijen ihtiyacına sebep olmaktadır. Azot kaynağı olarak yine
amonyak kullanılmaktadır. Nitrifikasyonda oksitlenen her 1 mg/L amonyak için 7,07
mg/L CaCO3 tüketilmektedir. Tam nitrifikasyonun hedeflendiği durumlarda minimum
çözünmüş oksijen konsantrasyonu 2 mg/L olmalıdır.
Heterotrofik biyokütle ölümü (içsel solunum):
Mikroorganizmaların ölüm hızı sabit kabul edilirken, oluşan organik maddenin bir
kısmı inert partiküler KOİ’ye (XI), diğer kısmı da bozunabilen partiküler KOİ’ye (XS)
eklenmektedir. Heterotrofik ölüm prosesinde KOİ kaybı yoktur ve dolayısıyla e- alıcısı
(O2 veya NO3-) üretilmemektedir. Prosesin her ortam koşulunda aynı hızda
gerçekleştiği kabul edilmektedir.
Ototrofik biyokütle ölümü:
Heterotrofik biyokütle ölümü gibi modellenmiştir.
53
Çözünebilir organik azotun amonifikasyonu:
Biyolojik olarak bozunabilir çözünmüş organik azotun heterotrofik
mikroorganizmaların faaliyeti sonucu amonyağa dönüştürülmektedir.
Partiküler organik maddenin hidrolizi:
Bozunabilen partiküler KOİ (XS), hücre dışı enzimlerle hızlı bozunabilen çözünmüş
KOİ’ye (SS) dönüştürülmektedir. ASM1’de bu hidroliz reaksiyonu anoksik şartlarda
aerobik şartlara göre “ηh<1” faktörü kadar daha yavaştır. Partiküler KOİ’nin çoğalma
reaksiyonlarında kullanılması için hidroliz reaksiyonunun gerçekleşmesi şartı
düşünüldüğünde, hidroliz prosesi anoksik büyüme için hız kısıtlayıcı rol
oynamaktadır.
Partiküler organik azotlu maddenin hidrolizi:
Bozunabilen partiküler organik azot (XND), bozunabilen partiküler KOİ’nin hidroliz
reaksiyonuna bağlı olarak bozunabilir çözünmüş organik azota (SND)
dönüştürülmektedir (Dereli, 2006).
4.2.1.2. ASM1’in model parametreleri
Nitrifikasyon ve denitrifikasyon yapan aktif çamur sistemleri üzerinde en etkili
parametreler:
Heterotrofik biyokütle ölüm hızı
Heterotrofların anoksik çoğalma hızı
Maksimum spesifik hidroliz hızı
Hidroliz reaksiyonu için yarı doygunluk sabiti
Ototrofların spesifik çoğalma hızı
Bu parametreler model için birbiriyle bağlantılı olduğundan, model kalibre edilirken
bütün parametreler dikkate alınmalıdır (Dereli, 2006).
4.2.2. Mantis modeli
Mantis modeli aşağıdaki değişiklikler dışında ASM1 modeli ile aynıdır (Hydromantis,
2016):
Nitratı besi maddesi olarak kullanan heterotrofik çoğalmayı modele işleyen iki
çoğalma prosesi eklenmiştir.
54
Azotun besi maddesi olarak kullanımı ve çoğalmada alkalinite kullanımı için
anahtar fonksiyonu tanımlanmıştır.
Eşzamanlı gerçekleşen nitrifikasyon/denitrifikasyon reaksiyonlarının
kalibrasyonu için aerobik ve anoksik koşullarda büyümeye göre ayrı oksijen
yarılanma katsayıları tanımlanmıştır.
Düşük amonyak ve yüksek nitrat konsantrasyonun olduğu durumlarda,
mikroorganizma çoğalmasını izlemek üzere ek çoğalma prosesleri tanımlanmıştır.
Bahsedilen koşullarda, mikroorganizmalar nitratı besi maddesi olarak
kullanabilmektedirler. Ayrıca aerobik denitrifikasyon modele dahil edilmiştir.
4.2.3. Mantis2 modeli
GPS-X simülasyon programında çalışılabilecek Mantis2 modelinde karbon, azot,
fosfor giderimini ve anaerobik çürütmeyi kapsayan 56 proses tanımlanmıştır.
Nitrifikasyon ve denitrifikasyon reaksiyonları iki aşamalı olarak modellenmiştir.
4.2.3.1. Mantis2 modeli durum değişkenleri
Mantis2 modelinin durum değişkenleri Çizelge 4.7’te verilmiştir.
Modelde çözünebilir parametreler çözünebilir inert organik, çözünebilir bozunabilir
organik, çözünebilir inorganik iyonlar ve çözünmüş gazlar olarak dörde ayrılmıştır.
Çözünebilir inert organikler:
Çözünebilir inert organik (si) maddelerin, yavaş bozunabilen substratın hidrolizden
üretildiği kabul edilir ve bu değer ‘0’ kabul edilir. Anaerobik çürütme prosesinde ise
bu fraksiyon çürütücülerde çözünebilir inert KOİ kalibrasyonunda 0’dan başka bir
değere ayarlanabilmektedir.
Çözünebilir Biyolojik olarak bozunabilir organikler:
1. Asetat (sac)
2. Propiyonat (spro)
3. Metanol (smet)
4. Fermente edilebilir substrat (ss)
5. Kolloidal substrat (scol)
55
Çizelge 4.7: Mantis2 modelinin durum değişkenleri (Hydromantis, 2016)
Durum değişkeni GPS-X sembolü Birim
1 Çözünmüş oksijen so gO2 m3⁄ 2 Çözünebilen inert organik si gKOİ m3⁄
3 Kolloidal organik substrat scol gKOİ m3⁄
4 Fermente edilebilen substrat ss gKOİ m3⁄ 5 Asetat sac gKOİ m3⁄
6 Propiyonat spro gKOİ m3⁄
7 Metanol smet gKOİ m3⁄ 8 Çözünmüş hidrojen sh2 gKOİ m3⁄
9 Çözünmüş metan sch4 gKOİ m3⁄
10 Çözünmüş inorganik karbon stic gC m3⁄ 11 Çözünebilir organik azot snd gN m3⁄
12 Amonyak azotu snh gN m3⁄
13 Nitrit azotu snoi gN m3⁄ 14 Nitrat azotu snoa gN m3⁄
15 Çözünmüş azot sn2 gN m3⁄
16 Ortofosfat sp gP m3⁄ 17 Çözünmüş kalsiyum sca gCa m3⁄
18 Çözünmüş magnezyum smg gMg m3⁄
19 Çözünmüş potasyum spot gK m3⁄ 21 Çözünmüş katyon scat eq m3⁄ 22 Çözünmüş anyon sana eq m3⁄
23 İnert partikül xi gKOİ m3⁄
24 Biyolojik olarak bozunamayan hücre ölüm ürünü xu gO2 m3⁄ 25 Yavaş bozunabilen organik xs gKOİ m3⁄
26 PAO’da biriken PHA xbt gKOİ m3⁄
27 Heterotrofik biyokütle xbh gKOİ m3⁄ 28 Fosfat depolayan biyokütle xbp gKOİ m3⁄
29 Amonyak oksitleyici xbai gKOİ m3⁄
30 Nitrit oksitleyici xbaa gKOİ m3⁄ 31 Anammox biyokütlesi xbax gKOİ m3⁄
32 Metilotrofik biyokütle xmet gKOİ m3⁄
33 Fermantasyon biyokütlesi xbf gC m3⁄ 34 Asetojen xbpro gN m3⁄
35 Asetat metanojenleri xbacm gN m3⁄
36 Hidrojen metanojenleri xbh2m gN m3⁄ 37 Yavaş bozunan organik maddede azot xns gN m3⁄
38 Yavaş bozunan organik maddede fosfor xps gN m3⁄
39 PAO’da depolanan polifosfat xpp gP m3⁄ 40 Partiküler inert organik xii gCa m3⁄
41 Alüminyum hidroksit xaloh gMg m3⁄
42 Alüminyum fosfat xalpo4 gK m3⁄ 43 Demir hidroksit xfeoh eq m3⁄
44 Demir fosfat xfepo4 eq m3⁄
45 Kalsiyum karbonat xcaco3 gKOİ m3⁄ 46 Kalsiyum fosfat xcapo4 gO2 m3⁄
47 Magnezyum hidrojen fosfat xmghpo4 gKOİ m3⁄
48 Magnezyum karbonat xmgco3 gKOİ m3⁄ 49 Amonyum magnezyum fosfat (strüvit) xmgnh4po4 gKOİ m3⁄
50 Çözünebilen bileşik “a” sza gKOİ m3⁄
51 Çözünebilen bileşik “b” szb gKOİ m3⁄ 52 Partikül bileşen “a” xza gKOİ m3⁄
53 Partikül bileşen “b” xzb gKOİ m3⁄
56
Propiyonat (spro), anaerobik çürütme prosesinde önemli bir ara ürün olduğundan
modele dahil edilmiştir. Metanol (smet) diğer heterotrof mikroorganizmalardan farklı
kinetiğe sahip mikroorganizmalar tarafından ayrıştırıldığı için modele eklenmiştir.
Böylelikle metilotrofik biyokütlenin bozunma kinetiği, metanol tüketimi izlenerek
takip edilebilmektedir.
Substrat KOİ’nin 0,45-1,2 μm aralığında boyuta sahip fraksiyonu modelde kolloidal
olarak kabul edilmiştir. Kolloidal KOİ oksidasyondan önce hidrolize uğramaktadır.
KOİ’nin bu fraksiyonu temel proseslerde değişik davranmaktadır. Örneğin katı sıvı
ayrımı yapan çökeltim tanklarında suda çözünmüş, biyolojik bozunma proseslerinde
partiküler gibi davranmaktadır.
Çözünebilir inorganikler:
Mantis2 modeli, çözünebilir inorganik karbon (stic), çözünebilir nitrit azotu (snoi),
çözünebilir nitrat azotu (snoa), çözünebilir amonyak azotu (snh), çözünebilir organik
azot (snd), çözünebilir ortofosfat (sp), çözünmüş kalsiyum (sca), çözünmüş
magnezyum (smg), çözünmüş potasyum (spot), çözünmüş anyon (sana) ve çözünmüş
katyonu (scat) çözünebilir inorganikler kapsamında incelemektedir. Bu inorganik
durum değişkenleri azot ve fosfor döngüsünü, inorganik çökmeyi ve pH
değişikliklerini gerçeğe yakın modelleyebilmek üzere seçilmişlerdir.
Çözünebilir inorganik karbon (stic), iyonik karbonlu asitlerin hepsinin toplamıdır (ör:
H2CO3, HCO3−, CO3
2−) ve tamponlama kapasitesini ifade etmektedir. Mantis2’de
sistemdeki çözünebilir inorganik karbon ve pH verileri ile alkalinite hesaplanmaktadır.
Çözünebilir azotun iki formu (çözünebilir nitrit azotu (snoi), çözünebilir nitrat azotu
(snoa)) iki basamaklı nitrifikasyon modellendiği için tanımlanmıştır.
Temel çökelme reaksiyonlarının modellenmesinde kullanılmak üzere çözünmüş
kalsiyum (sca) ve çözünmüş magnezyum (smg) türleri tanımlanmıştır. Polifosfat
üretiminde ve bozunmasında kullanılmak üzere çözünmüş potasyum (spot), pH
tahmininde yük dengesi denklemlerinde kullanılmak üzere ise çözünmüş anyon (sana)
ve çözünmüş katyonu (scat) değerleri modele eklenmiştir.
Çözünebilir gazlar:
Çözünmüş oksijene (so) ek olarak çözünmüş azot (sn2), metan (sch4) ve hidrojen (sh2)
Mantis2 modeline eklenmiştir. Çözünmüş karbondioksit ise pH ve stic
57
konsantrasyonları kullanılarak hesaplanmaktadır. Çözünmüş oksijen aerobik biyolojik
sistemlerde önemli rol oynarken, diğer gazlar anaerobik çürüme ve fermantasyon
proseslerinde rol oynamaktadır.
Mantis2 modelinde partiküler durum değişkenleri partiküler inert organikler,
partiküler organik substrat/depo, aktif biyokütle ve partiküler inorganik olmak üzere
dört kategoride modellenmiştir.
Partiküler inert organikler:
Partiküler inert organikler olarak, atıksu girişiyle sisteme gelen partiküler inert organik
(xi) ve hücre ölümünden oluşan partiküller biyolojik olarak bozunamayan organik (xu)
fraksiyonları tanımlanmıştır.
Partiküler organik substrat/depo:
Mantis2 modelinde partiküler organik substrat (xs) ve hücre içi polihidroksialkanoat
(PHA) için organik depolama bileşeni (xbt) tanımlanmıştır.
Aktif Biyokütle:
İki basamaklı nitrifikasyon prosesinde, amonyak oksitleyici ototrofik biyokütle (xbai)
ve nitrit oksitleyici ototrofik biyokütle (xbaa), metanol bozunma prosesi için
metilotrofik biyokütle (xbmet) tanımlanmıştır. Fermantasyon prosesleri için
fermentatif biyokütle (xbf), anaerobik dönüşüm ve anaerobik bozunma modelleri için
ise Asetojen (xbpro), asetat metanojenleri (xbacm) ve hidrojen metanojenleri (xbh2m)
modele dahil edilmiştir.
Partiküler inorganikler:
Alüminyum hidroksit (xaloh), alüminyum fosfat (xalpo4), demir hidroksit (xfeoh),
demir fosfat (xfepo4), kalsiyum karbonat (xcaco3), kalsiyum fosfat (xcapo4),
magnezyum hidrojen fosfat (xmghpo4), magnezyum karbonat (xmgco3) ve amonyum
magnezyum fosfat (strüvit) (xmgnh4po4) partiküler inorganikler olarak modelde
tanımlanmıştır. Yavaş bozunabilen organik madde ile ilgili azot ve fosfor bileşenleri,
yavaş bozunan organik maddede azot (xns) ve yavaş bozunan organik maddede fosfor
(xps) olarak, PAO’da depolanan inorganik polifosfat ise (xpp) olarak modele
eklenmiştir.
58
4.2.3.2. Mantis2 modeli kompozit değişkenleri
Çözünebilir BOİ5 (SBOD), partiküler BOİ5 (XBOD), BOİ5 (BOD), çözünebilir nihai
BOİ (SBODu), partiküler nihai BOİ (XBODu), nihai BOİ (BODu), çözünebilir KOİ
(SCOD), partiküler KOİ (XCOD) ve KOİ (COD) kompozit değişkenleri Mantis2
modelinde yer almaktadır. Şekil 4.3, Mantis2 modelinde bahsedilen kompozit
değişken hesaplama şeması gösterilmiştir ve şekilde verilen stokiyometrik değerler
Çizelge 4.8’te verilmiştir.
Çizelge 4.8: Kompozit değişkenlerin hesaplanmasında kullanılan stokiyometrik
parametreler (Hydromantis, 2016)
Stokiyometrik
parametre
Değer Açıklama
yhglobal 0,666 Heterotrofik biyokütle verimi.
fuu 0,206 Biyokütledeki biyolojik olarak ayrışamayan kalıntı fraksiyonu.
fssbodtosscod 0,717 Çözünebilir substratın BOİ5/KOİ oranı.
fpsbodtopscod 0,58 Partiküler substratın BOİ5/KOİ oranı.
fbbodtobcod 0,566 Biyokütlenin BOİ5/KOİ oranı.
icodtovssxbt 1,674 PHA’nın partiküler KOİ/UAKM (XCOD/VSS) oranı.
Şekil 4.4’te uçucu askıda katı madde (VSS), inorganik askıda katı madde (XISS) ve
toplam askıda katı madde (TSS) kompozit parametreleri için konsantrasyon hesaplama
şeması verilmiştir. VSS hesaplamasında, her biyokütle konsantrasyonu ilgili
VSS/COD oranıyla, XISS hesaplamasında ise her biyokütle konsantrasyonu
biyokütlenin inorganik fraksiyonu ile çarpılmaktadır. Biyokütlenin inorganik
fraksiyonu ise 1’den her biyokütlenin VSS/SS oranı çıkartılarak hesaplanmaktadır.
Kompozit XISS konsantrasyonu ayrıca inorganik durum değişkenlerini de
içermektedir. xpp ve xps durum değişkenlerinin XISS konsantrasyonuna katkısı 95/31
stokiyometrik faktörü kullanılarak hesaplanmaktadır ve diğer tüm durum değişkenleri
için stokiyometrik faktör 1 alınmaktadır. TSS konsantrasyonu VSS ve XISS
değerlerinin toplamıdır.
Şekil 4.5, çözünebilen toplam Kjeldahl Azotu (STKN), partüküler toplam Kjeldahl
Azotu (XTKN), toplam Kjeldahl Azotu (TKN), toplam azot (TN) ve çözünmüş azotun
dahil edildiği toplam azot (TN & dissolved gas) hesaplama şemasını göstermektedir.
STKN hesaplamasında, si durum değişkeni ‘insi’ stokiyometrik değeri çarpılmaktadır.
XTKN hesaplamasında ise her biyokütle konsantrasyonu içerdiği N miktarını temsil
eden ilgili stokiyometrik faktör ile çarpılır.
59
Şekil 4.6, çözünebilir toplam fosfor (STP), partiküler organik toplam fosfor (XTOP),
partiküler inorganik toplam fosfor (XTIP) ve toplam fosfor (TP) kompozit
değişkenleri için hesaplama şemasını göstermektedir. STP hesabında, si durum
değişkeniyle ilişkili fosfor değeri ‘ipnsi’ stokiyometrik oranı kullanılmaktadır. XTOP
hesabında, her biyokütle konsantrasyonu ilgili içerdiği P oranını yansıtan
stokiyometrik faktör ile çarpılır. XTIP konsantrasyonu ise değişik çökeltilerde bulunan
P miktarını içermektedir ve hesaplarda her bir çökelti için stokiyometrik faktör
kullanılmaktadır. Kompozit XTP değeri XTOP ve XTIP değerlerinin, TP değeri STP
ve STP değerlerinin toplamıdır.
Şekil 4.7, çözünmüş toplam organik karbon (STOC), partiküler toplam organik karbon
(XTOC) ve toplam organik karbon (TOC) kompozit değişkenlerinin hesaplama
şemasını göstermektedir. STOC hesabında, substrata bağlı olarak ‘icsac’, ‘icsmet’,
‘icspro’ stokiyometrik oranları kullanılmaktadır. XTOC konsantrasyonu
hesaplanırken, herbir biyokütle konsantrasyonu heterotrofik biyokütledeki C oranını
yansıtan ilgili stokiyometrik faktör (xbh) ile çarpılmaktadır.
Şekil 4.3: SCOD, COD, SBOD, BOD, SBODU ve BODU kompozit değerleri için
hesaplama prosedürü
60
Şekil 4.4: VSS ve TSS kompozit değişkenleri için hesaplama prosedürü
Şekil 4.5: STKN ve TKN kompozit değişkenleri için hesaplama prosedürü
61
Şekil 4.6: STP, XTP ve TP kompozit değişkenleri için hesaplama prosedürü
Şekil 4.7: STOC ve TOC kompozit değişkenleri için hesaplama prosedürü
62
4.2.3.3. Mantis2 modeli prosesleri
Mantis2 modelinde tanımlı 56 proses bulunmaktadır. Bu prosesler;
Adsorpsiyon
Heterotrofik mikroorganizmalarla ilgili prosesler
Ototrofik mikroorganizmalarla ilgili prosesler
PAO organizmalarıyla ilgili prosesler
Metilotroflarla ilgili prosesler
Anaerobik mikroorganizmalarla ilgili prosesler
Anaerobik ototrofik mikroorganizmalarla (Anammox) ilgili prosesler
Kimyasal çökelme prosesleri
Gaz-sıvı transferi prosesleri
olarak gruplanmıştır. Çizelge A.1’de modelde kullanılan proseslerin kısaca
açıklamaları yer almaktadır.
4.2.4. Mantis3 modeli
Mantis3 modelinde, atıksu arıtma tesislerinden salınan sera gazı miktarı ve tesisin
karbon ayak izi hesaplanabilmektedir. Şekil 4.8’te görüleceği gibi modele biyolojik
tanklardan CO2 ve N2O emisyonu, anaerobik çürütücüden CO2 ve CH4 emisyonu,
kimyasal ve diğer materyal kullanımından CO2, pompalar ve hava üfleyicilerin
tükettiği elektrikten ise CO2, CH4 ve N2O emisyonu dahil edilmiştir.
Şekil 4.8: Evsel atıksu arıtımı tesisinden kaynaklı potansiyel sera gazı emisyonu
(Hydromantis, 2013)
63
Sera gazı emisyonu hesaplamalarına proses konfigürasyonu, elektrik ve yakıt emisyon
faktörleri, işletme faktörleri (çamur yaşı (SRT), çözünmüş oksijen (DO) vb.) ve giriş
suyu karakterizasyonu (KOİ/N oranı gibi) parametreleri önemli rol oynamaktadır.
Mantis3 modeli, Mantis2 modeline karbon ayakizi modellerinin eklenmesiyle
oluşturulmuştur. Karbon ayakizi hesaplamaları, Sera Gazı Protokolünde tanımlanan
kapsamlara göre hesaplanabilmekte (Şekil 4.9) ve her bir üniteden salınan sera gazı
miktarı da gaz türlerine göre incelenebilmektedir. Nitrifikasyon/denitrifikasyon
kaynaklı N2O emisyonu modelinde heterotrofik ve ototrofik bakterilerin faaliyetleri
dikkate alınmıştır. Anaerobik çürütücüde elde edilen CH4 gazı miktarı, toplam sera
gazı emisyonundan düşülmekte ve tesis içinde CH4 kullanılarak üretilen elektrik ve ısı
enerjisi modellenebilmektedir. Tesiste enerji tüketen bütün elementler modele
girildiğinde tesisin enerji tüketimi de işletme şartlarına göre incelenebilmektedir
(Hydromantis, 2013).
Şekil 4.9: Mantis3 modeli sera gazı emisyonu model yapısı
Mantis3 modelinde, doğrudan prosese bağlı sera gazı emisyonları gaz-sıvı transfer
proseslerine göre hesaplanmaktadır (Şekil 4.10). Modelde doğrudan proses emisyonu
miktarı hesaplamada kullanılan eşitlik denklem 4.7’de verilmiştir. Burada, ‘Escope1,i(t)’
‘i’ gazının ‘t’ zamanındaki Kapsam 1 emisyonunu (g CO2eşd/gün), ‘CL,i(t)’ ‘t’
zamanında reaktördeki çözünmüş ‘i’ gazı konsantrasyonunu (mg/L), ‘KLai(t)’ ‘t’
zamanında ortam koşullarında gaz kütle transfer katsayısını (1/gün), ‘C∞,i* (t)’ Ortam
koşullarında ‘t’ zamanında çözünmüş ‘i’ gazı için denge konsantrasyonunu (mg/L),
‘fGWP,i’ ise ‘i’ gazının küresel ısınma potansiyelini belirtmektedir.
Kapsam 1
•Doğrudan emisyonlar
•Anaerobik, anoksik ve aerobik biyolojik proseslerden kaynaklı CO2
•Nitrifikasyon/ denitrifikasyon kaynaklı N2O
•Anaerobik proses kaynaklı CH4
•Tesis içinde üretilen yakıt tüketimi
Kapsam 2
•Enerji tüketimiyle ilgili emisyonlar
•Pompaların harcadığı enerji
•Hava üfleyicilerin harcadığı enerji
•Muhtelif enerji tüketimi
Kapsam 3
•Materyal ve hizmet kullanımıyla ilgili emisyonlar
•Kimyasal kullanımı
•Materyal kullanımı (membran vs.)
•Ulaşım
64
Escope1,i(t)=KLai(t) (C∞,i* (t)-CL,i(t)) V(t)fGWP,i (4.7)
Şekil 4.10: Mantis3 modeli atıksuda gerçekleşen proseslere bağlı emisyonlar
(Hydromantis, 2013)
Mantis3 modelinde tesis enerji tüketimi hesabında kullanılan eşitlik denklem 4.8’de
verilmiştir. Burada, ‘ET(t)’ günlük enerji tüketimini (kWsa/gün), ‘Ppump(t)’ pompa
enerjisini (kW), ‘Pblower(t)’ hava üfleyici enerjisini (kW), ‘Pmis(t)’ muhtelif enerjiyi
(kW) belirtmektedir. Kapsam 2 için enerji emisyon hesabında ise denklem 4.9
kullanılmaktadır ve burada ‘Escope2,i(t)’ ‘i’ gazı Kapsam 2 emisyonunu
(g CO2eşd/gün), ‘ET(t)’ günlük enerji tüketimini (kWsa/gün), ‘felec,i(t)’ elektrik
üretimine bağlı emisyon faktörünü, ‘fGWP,i’ ‘i’ gazı küresel ısınma potansiyelini
belirtmektedir.
ET(t)= (Ppump(t)+Pblower(t)+Pmis(t)) *24,0 (4.8)
Escope2,i(t)=ET(t)*felec,i(t)fGWP,i (4.9)
Mantis3 modelinde Kapsam 3 dahilinde materyal ve hizmet kullanımına bağlı emisyon
miktarı denklem 4.10’a göre hesaplanmaktadır. Burada, ‘Escope3,i(t)’ ‘i’ gazı Kapsam
3 emisyonunu (g CO2eşd/gün), ‘fco2,i(t)’ dışarıdan temin edilen
materyallerin/hizmetlerin emisyon faktörünü (g CO2eşd/g materyal), ‘∑ Mi(t)’
tesisteki materyal/hizmet kullanımını (g/gün) belirtmektedir. Tesis inşaatındaki
materyal kullanımından kaynaklı CO2 gazı emisyonu hesaplara dahil edilmemektedir.
65
Escope3,i(t)= ∑ Mi(t) *fco2,i(t) (4.10)
Mantis3 modeli durum değişkenleri Çizelge 4.9’da verilmiştir. Mantis2 durum
değişkenlerine ek olarak, iki aşamalı nitrifikasyon prosesiyle ilgili azot oksit azotu
(snrio), nitröz oksit (snroo), hidroksilamin (snh2oh) ve nitrozil radikali (snoh)
tanımlanmıştır.
Çizelge 4.9: Mantis3 modelinin durum değişkenleri (Hydromantis, 2016)
Durum değişkeni GPS-X sembolü Birim 1 Çözünmüş oksijen so gO2 m3⁄
2 Çözünebilen inert organik si gKOİ m3⁄
3 Kolloidal organik substrat scol gKOİ m3⁄
4 Fermente edilebilen substrat ss gKOİ m3⁄
5 Asetat sac gKOİ m3⁄
6 Propiyonat spro gKOİ m3⁄ 7 Metanol smet gKOİ m3⁄
8 Çözünmüş hidrojen sh2 gKOİ m3⁄
9 Çözünmüş metan sch4 gKOİ m3⁄ 10 Çözünmüş inorganik karbon stic gC m3⁄
11 Çözünebilir organik azot snd gN m3⁄
12 Amonyak azotu snh gN m3⁄
13 Nitrit azotu snoi gN m3⁄ 14 Nitrat azotu snoa gN m3⁄
15 Çözünmüş azot sn2 gN m3⁄
16 Azot oksit azotu snrio gN m3⁄ 17 Nitröz oksit snroo gN m3⁄
18 Hidroksilamin snh2oh gN m3⁄
19 Nitrozil radikali snoh gN m3⁄
20 Ortofosfat sp gP m3⁄ 21 Çözünmüş kalsiyum sca gCa m3⁄
22 Çözünmüş magnezyum smg gMg m3⁄
23 Çözünmüş potasyum spot gK m3⁄ 24 Çözünmüş katyon scat eq m3⁄
25 Çözünmüş anyon sana eq m3⁄
26 İnert partikül xi gKOİ m3⁄
27 Biyolojik olarak bozunamayan hücre ölüm ürünü xu gO2 m3⁄ 28 Yavaş bozunabilen organik xs gKOİ m3⁄
29 PAO’da biriken PHA xbt gKOİ m3⁄
30 Heterotrofik biyokütle xbh gKOİ m3⁄
31 Fosfat depolayan biyokütle xbp gKOİ m3⁄ 32 Amonyak oksitleyici xbai gKOİ m3⁄
33 Nitrit oksitleyici xbaa gKOİ m3⁄
34 Anammox biyokütlesi xbax gKOİ m3⁄ 35 Metilotrofik biyokütle xmet gKOİ m3⁄
36 Fermantasyon biyokütlesi xbf gC m3⁄
37 Asetojen xbpro gN m3⁄
38 Asetat metanojenleri xbacm gN m3⁄ 39 Hidrojen metanojenleri xbh2m gN m3⁄
40 Yavaş bozunan organik maddede azot xns gN m3⁄
41 Yavaş bozunan organik maddede fosfor xps gN m3⁄ 42 PAO’da depolanan polifosfat xpp gP m3⁄
43 Partiküler inert organik xii gCa m3⁄
44 Alüminyum hidroksit xaloh gMg m3⁄
45 Alüminyum fosfat xalpo4 gK m3⁄ 46 Demir hidroksit xfeoh eq m3⁄
66
Çizelge 4.9 (devam): Mantis3 modelinin durum değişkenleri (Hydromantis, 2016)
Durum değişkeni GPS-X sembolü Birim 47 Demir fosfat xfepo4 eq m3⁄
48 Kalsiyum karbonat xcaco3 gKOİ m3⁄ 49 Kalsiyum fosfat xcapo4 gO2 m3⁄ 50 Magnezyum hidrojen fosfat xmghpo4 gKOİ m3⁄
51 Magnezyum karbonat xmgco3 gKOİ m3⁄ 52 Amonyum magnezyum fosfat (strüvit) xmgnh4po4 gKOİ m3⁄
53 Çözünebilen bileşik “a” sza gKOİ m3⁄
54 Çözünebilen bileşik “b” szb gKOİ m3⁄
55 Partikül bileşen “a” xza gKOİ m3⁄ 56 Partikül bileşen “b” xzb gKOİ m3⁄
4.3. GPS-X Simülasyon Programıyla İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisinin
Modellenmesi
Bu bölümde Ambarlı İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisinin I. Kademesi’nin GPS-X
simülasyon programıyla modellenmesi adım adım anlatılacaktır. Çalışılan diğer atıksu
arıtma tesislerinin modellenmesi de bu adımları içermektedir. GPS-X modelinin 6.5
versiyonu çalışmada kullanılmıştır.
GPS-X 6.5 başlatıldığında, ileri biyolojik atıksu arıtma tesislerini (İBAAT) sera gazı
emisyon miktarı yönünden incelemek üzere ‘Model Library’ olarak ‘Carbon Footprint
– Carbon, Nitrogen, Phosphorus, pH (mantis3lib)’ seçilir (Şekil 4.11). Ardından
çalışılan İBAAT, tesis ismiyle istenilen klasöre ‘Save as’ kullanılarak kaydedilir (Şekil
4.12).
GPS-X modelinde sol tarafta ‘Proses Table’ tablosundan, ‘Influent’ sekmesi altında
yer alan ‘Wastewater Influent’ elemanı seçilip beyaz çalışma alanına sürüklenir ve
elemana sağ tıklanıp ‘Label’ seçilerek eleman isimlendirilir. Diğer atıksu arıtma ünite
veya elemanlarının seçimi ve isimlendirmesi aynı şekilde yapılır (Şekil 4.13).
Şekil 4.11: GPS-X’te model kütüphanesi seçimi
67
Şekil 4.12: GPS-X’te çalışılan dosyanın kaydedilmesi
Şekil 4.13: GPS-X’te ünite ve elemanların isimlendirilmesi
İBAAT akım şemasındaki kum tutucu, anaerobik biyolojik fosfor giderim tankı,
anoksik ve aerobik biyolojik tankları, son çökeltim havuzu, çamur
yoğunlaştırma/susuzlaştırma, çamur kurutma üniteleri ve deşarj elemanı yerleştirilir.
Kum tutucu ‘Preliminary Treatment’, biyolojik havuzlar ‘Suspended Growth
Processes’, son çökeltim tankı ‘Secondary Clarifiers’, çamur üniteleri ‘Biosolids
Treatment’ ve deşarj elemanı ‘Tools’ sekmeleri altından seçilir. Çamur ünitelerinden
gelen üst akım debilerini kum tutucu sonrasında atıksu akımıyla birleştirmek üzere
akım birleştirici elemanlar ‘Flow Combiners and Splitters’ sekmesinden seçilir.
Atıksu, geri devir, çamur ve üst akımları ilgili ünite çıkışları ve girişleri oklar ile
birleştirilerek akım şeması oluşturulur (Şekil 4.14).
68
Ambarlı İBAAT’ne özgü giriş suyu modelini seçmek için ‘Giriş’ elemanına sağ
tıklanır ve açılan menüden ‘Models’ ve ardından ‘codstates’ seçilir (Şekil 4.15). Atıksu
karakterizasyonunu modele girmek için ‘Giriş’ elemanına sağ tıklanır ve açılan
menüden ‘Composition’ ve ardından ‘Influent Characterization’ seçilir (Şekil 4.16).
Açılan pencerede ‘User Inputs’ tablosuna, tesise özgü KOİ, TKN, TP değerleri girilir
(Şekil 4.17). Pencerenin solundaki ‘Composite Variables’ tablosundaki ‘bod’ değerini
Ambarlı İBAAT’nin atıksu BOİ değerine yaklaştırmak için ‘User Inputs’ değerleri
kalibre edilir. GPS-X’te değiştirilen değerler lacivert renk ile ifade edilir. İşlem
tamamlanınca ‘Accept’ kutucuğuna tıklanıp değerler model için kaydedilir (Şekil
4.17).
Şekil 4.14: GPS-X’te oluşturulan İBAAT akım şeması
Şekil 4.15: GPS-X’te giriş suyu modelinin seçilmesi
Şekil 4.16: GPS-X’te giriş suyu karakterizasyonunun modele tanıtılması
69
Şekil 4.17: GPS-X’te giriş suyu karakterizasyonu tablosu
70
Ambarlı İBAAT’nin debisini modelde tanımlamak için ‘Giriş’ elemanına sağ tıklanır
ardından ‘Flow’ ve ‘Flow Data’ seçilir (Şekil 4.18). Açılan pencerede ‘Data’ tablosuna
giriş debisi girilir ve pencere ‘Accept’ tuşlanarak kapatılır (Şekil 4.19).
Biyolojik ünitelerin boyutlarını modelde tanımlamak için her bir üniteye sağ tıklanır
(Şekil 4.20). Ardından ‘Input Parameters’ ve ‘Physical’ seçilir. Açılan pencerede
anaerobik ve anoksik tanklar için sadece tank hacmi, aerobik tank için tank hacmi ile
tank derinliği bilgileri girilir (Şekil 4.21). Aerobik tanktan anoksik tanka iç geri devir
debisini tanımlamak için aerobik tanka sağ tıklanır ve ‘Input Parameters’ ardından
‘Operational’ seçilir. Açılan pencerede ‘Pump Flow Control’ tablosunda ‘pump flow’
satırına iç geri devir debisi girilir (Şekil 4.22).
Şekil 4.18: GPS-X’te giriş debisi bilgisinin modele tanıtılması
Şekil 4.19: GPS-X’te giriş debisinin modele girilmesi
Şekil 4.20: GPS-X’te ünite hacimlerinin modele girilmesi
71
Şekil 4.21: GPS-X’te anaerobik, anoksik ve aerobik tankların boyutlandırılmasının
modele girilmesi
Şekil 4.22: GPS-X’te içsel geri devir debisinin modele girilmesi
72
Son çökeltim tankını boyutlandırmak için tanka sağ tıklanır ve ‘Model’ ‘simple1d’
olarak seçilir (Şekil 4.23) ardından tekrar tanka sağ tıklanır ve ‘Input parameters’,
‘Physical’ seçilir. Ambarlı İBAAT’nde son çökeltim tankı eğik tabanlı
tasarlandığından, açılan pencerede ‘Clarifier Type’ tablosundan son çökeltim tankı
olarak ‘Sloping Bottom’ seçilir. Daha sonra pencerenin alt kısmındaki ‘Other Clarifier
Types’ tablosundan ‘More...’ kutucuğuna tıklanır ve açılan penceredeki ‘Sloping
Bottom Clarifier Input’ tablosu doldurulur (Şekil 4.24).
Şekil 4.23: GPS-X’te son çökeltim tankı modelinin seçilmesi
Şekil 4.24: GPS-X’te son çökeltim tankı türünün seçilmesi ve boyutlandırmanın
modele girilmesi
73
Son çökeltim tankından anaerobik tanka geri devir akımını tanımlamak için son
çökeltim tankına sağ tıklanır, ‘Input parameters’ ve ‘Operational’ seçilir. Açılan
pencerede ‘Underflow’ tablosundaki ‘[ras] proportional recycle’ seçeneği ‘ON’
konuma getirilir, ardından ‘stream label to which recycle is proportional’ satırına, daha
önce isimlendirilen atıksu girişi, ‘hamsu’ yazılır ve son olarak geri devir oranı ‘[ras]
fraction’ girilir (Şekil 4.25). Böylece atıksu artıma tesisine giren debinin belirlenen
yüzdesi, son çökeltim havuzundan anaerobik tanka geri devir olarak tanımlanmış olur.
Şekil 4.25: GPS-X’te son çökeltim tankından yapılan geri devrin modele tanıtılması
Tesisin çamur yaşını modele tanımlamak için, modelde üst barda yer alan ‘f(x)
(Define)’ tuşuna tıklanır ve açılan menüden ‘Solids Retention Time’ seçilir ve ‘SRT
Manager’ tablosu açılır (Şekil 4.26). Açılan tabloda, ‘Estimate WAS using SRT’
kutucuğu işaretlenir ve ‘Set Point Value’ kutucuğuna istenilen çamur yaşı girilir,
ardından ‘Close’ tuşuna basılıp menü kapatılır.
Son çökeltim tankından gelen fazla biyolojik çamurunun katı madde oranının
arttırıldığı Yoğunlaştırıcı/Susuzlaştırıcı ünitesini modele tanıtmak için,
Yoğunlaştırıcı/Susuzlaştırıcı ünitesine sağ tıklanır ve ‘Model’ olarak ‘empiric’ seçilir
(Şekil 4.27). Üniteye tekrar sağ tıklanıp ‘Input Parameters’ ve ‘Operational’ seçilir.
Açılan pencerede ‘Operational Parameters’ tablosunda, katı madde giderimi seçeneği
‘[zsuzuntu] specify solids removal by setting...’ satırı ‘removal efficiency (conc.) and
solids’ olarak seçilir. Daha sonra katı madde oranı ‘[ycamur] underflow solids’ ve
74
giderim verimi ‘[atksznt1] removal efficiency (concentration basis)’ satırları
doldurulur (Şekil 4.28).
Şekil 4.26: GPS-X’te çamur yaşının tanımlanması
Şekil 4.27: GPS-X’te çamur ünitelerinin modelinin seçilmesi
75
Şekil 4.28: GPS-X’te çamur ünitelerinin giderim verimi ve çıkış katı madde
konsantrasyonun modele tanıtılması
Çamur kurutucu ünitesi için model yine ‘empiric’ olarak seçilir. Üniteye sağ tıklanıp
‘Input Parameters’ ve ‘Operational’ tıklanarak ‘Operational Parameters’ tablosu açılır.
Yoğunlaştırma/Susuzlaştırma ünitesinde olduğu gibi katı madde oranı ve giderim
verimi tabloya girilir.
Modelde sera gazı gazlarının karbon eşleniğini tanımlamak için çalışma alanına sağ
tıklanır ve ‘System’, ‘Input Parameters’, ‘Carbon Footprint’ seçilir (Şekil 4.29). Açılan
pencerede, N2O ve CH4 gazlarının CO2 eşdeğerinin IPCC’nin Değerlendirme Raporu
4’e göre öntanımlı olduğu görülmektedir. Değerlendirme Raporu 5’te CH4’ün CO2
eşdeğeri 28, N2O’inki 265’tir. Modelde en güncel değerler kullanılacaktır (Şekil 4.30).
‘Carbon Footprint’ penceresindeki diğer tablolardaki öntanımlı değerler (‘Provincial
GHG Emission Factors for Electricity Production’, ‘Non- Fossil Carbon’, ‘Fuel
Calorific Values’ ve ‘Fuel Emission Factors’), çalışmada sadece arıtma
faaliyetlerinden doğrudan salınan sera gazı miktarı tahmini yapılacağından model
sonuçlarını etkilememektedir.
Modele arıtma üniteleri, diğer elemanlar ve tesis özellikleri girildikten sonra
programın sol üst köşesindeki ‘Simulation’ kutucuğuna tıklanarak simülasyon
ekranına geçilir (Şekil 4.31).
76
Şekil 4.29: GPS-X’te karbon ayakizi girdi parametrelerinin ayarlanması
Şekil 4.30: GPS-X’te sera gazlarının karbondioksit eşdeğerinin modele girilmesi
77
Şekil 4.31: GPS-X’te simülasyon ekranına geçiş
Simülasyon ekranı Şekil 4.32’de görüldüğü gibidir. Ekran ‘Controls’ ve ‘Outputs’
olarak 2’ye bölünmüştür. Sol taraf ‘Controls’ olarak isimlendirilmiş ve üst kısım
istenilen model girdilerinin simülasyon öncesinde veya sırasında değiştirebileceği
alandır. Sol alt taraf, model ünite/eleman yerleşimin görüldüğü, ünite/eleman seçilerek
girdi/çıktı değerlerinin seçilebildiği alandır. Sağ taraf ise model çıktılarının
izlenebildiği ‘Outputs’ alanıdır.
‘Outputs’ ekranında ‘New Table Tab’ tıklanarak (Şekil 4.33) açılan pencere ‘Table
Type’ ‘Process Variables’ seçilir (Şekil 4.34). ‘Process Choices’ tablosunda sera gazı
emisyonun olduğu ‘Anaerobik’, ‘Anoksik’ ve ‘Aerobik’ kutucukları seçilir. ‘Variable
Choices’ tablosunda ise çalışmada sera gazı emisyonları Kapsam 1 çerçevesinde
inceleneceğinden, ‘GHG Emission’, ‘GHG Offsets’ ve ‘Net Emissions’ sekmelerinde
‘Scope One’ kutucukları CO2, N2O ve CH4 için sera gazları için seçilir (Şekil 4.35).
Daha sonra ‘Steady State’ kutucuğunun işaretlenmiş olduğuna dikkat edilir ve
simülasyon sol alttaki yeşil oka tıklanarak başlatılır. Simülasyon sonuçları ‘Export
Data’ tuşuna basılarak Excel dosyası formatında kaydedilir (Şekil 4.36).
78
Şekil 4.32: GPS-X’te simülasyon ekranı
79
Şekil 4.33: GPS-X’te simülasyon ekranında yeni çıktı sekmesinin oluşturulması
Şekil 4.34: GPS-X’te simülasyon ekranında incelenmek istenen karbon ayakizi
çıktılarının seçilmesi
Şekil 4.35: GPS-X’te simülasyonun başlatılması
80
Şekil 4.36: GPS-X’te simülasyon çıktılarının raporlanması
Modeli, şok debi girdisine göre simülasyonu çalıştırmak için modelde tanımlanan
debiyi değiştirmeden, tesis şemasının gösterildiği son alt kısımdaki ‘Giriş’ elementine
sağ tıklanır. Ardından ‘Flow’ ve ‘Flow Data’ seçilir (Şekil 4.37). Açılan ‘Flow Data -
-SIMULATION LOADED--’ penceresinde ‘Data’ tablosundaki ‘[hamsu] influent
flow’ satırı ‘Controls’ alanına sürüklenerek bırakılır (Şekil 4.38). Bu adımla birlikte
‘Controls’ alanında ‘Input: 1’ sekmesi açılır ve ‘[hamsu] influent flow’ üzerine sağ
tıklanıp ‘Input Control Properties...’ tıklanır (Şekil 4.39). Açılan ‘Variable Properties’
tablosuna minimum ve maksimum debi aralığı girilir ve ‘Data File...’ tuşuna tıklanır
(Şekil 4.40). Açılan ‘Data File’ penceresinde, belirlenen zamanlarda tesise giren
debiler modele tanımlanıp ve bilgi kaydedilip pencere kapatılır (Şekil 4.41).
Şekil 4.37: GPS-X’te simülasyon sırasında girdi değiştirmek için kontrol seçimi
(debi örneği)
Şekil 4.38: GPS-X’te girdi değerini simülasyon sırasında değiştirme (debi örneği)
81
Şekil 4.39: GPS-X’te simülasyon sırasında girdi kontrolü değişim ayarları
Şekil 4.40: GPS-X’te simülasyon sırasında değiştirilecek girdi değerinin minimum
ve maksimum değerlerinin seçilmesi ve ‘Data File...’ tuşu
Şekil 4.41: GPS-X’te ‘Data File’ menüsü
Şok debi girdisinin emisyon sonuçlarına etkisini görmek için ‘Outputs’ alanındaki
‘New Graph Tab’ tuşuna tıklanır (Şekil 4.42). Daha sonra tesis şemasının bulunduğu
tabloda boş bir alana sağ tıklanır ve ‘System’, ‘Output Variables’ ve ‘Carbon
Footprint’ tıklanır (Şekil 4.43). Açılan pencereden ‘Scope One Total Emissions’
tablosundaki ‘net scope one emissions’ seçilip çıktı alanına sürüklenir (Şekil 4.44). Bu
adımla birlikte çıktı alanında zaman ekseninde debiye göre değişen sera gazı emisyonu
miktarı grafiği oluşturulur. Simülasyon süresi emisyon değişimini gözlemleyebilmek
üzere 5 gün olarak seçilir ve simülasyon başlatılır. Simülasyon tamamlandığında sera
gazı emisyonu miktarındaki değişim Şekil 4.45’teki gibi grafiğe işlenir. Yeni sonuçlar
‘Export Data’ tuşuna basılarak Excel dosyası formatında kaydedilir.
Şekil 4.42: GPS-X’te simülasyon çıktısı için yeni sekme açma
82
Şekil 4.43: GPS-X’te simülasyonda ‘Carbon Footprint’ çıktı menüsünün açılması
Şekil 4.44: GPS-X’te ‘Carbon Footprint’ çıktı menüsü
Şekil 4.45: GPS-X’te debiye göre değişen sera gazı salımı miktarının grafik olarak
gösterimi
83
5. ÇALIŞMA KAPSAMINDA İNCELENEN İSTANBUL’DAKİ BİYOLOJİK
ATIKSU ARITMA TESİSLERİ VE SENARYOLAR
5.1. İncelenen Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisleri
Çalışma kapsamında Ambarlı, Ataköy, Büyükçekmece, Çanta, Paşaköy, Selimpaşa,
Silivri ve Tuzla II ileri biyolojik atıksu arıtma tesisleri ile Tuzla I ikinci kademe atıksu
arıtma tesisinden atıksu arıtımından kaynaklanan sera gazı emisyonu miktarı tahmin
edilmiştir. Tesislere ait birinci kademe tasarım parametreleri, İSKİ’den temin edilen
fizibilite raporlarından alınmıştır.
Ambarlı, Ataköy, Büyükçekmece, Çanta, Selimpaşa ve Tuzla II ileri biyolojik atıksu
arıtım tesisleri, Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği (SKKY) ve Kentsel Atıksu Arıtımı
Yönetmeliği (KAAY) yönetmelikleri birlikte incelendikten sonra, parametreler için
belirlenen limitlerden en sıkı olanını sağlayacak şekilde planlanmışlardır. Paşaköy ve
Silivri İBAAT, proje şartnamesinde belirtilen deşarj kriterlerini sağlayacak şekilde
tasarlanmıştır. İkinci kademe arıtma yapılan Tuzla I tesisi ise Kentsel Atıksu Arıtımı
Yönetmeliği’ne uyumludur. Çizelge 5.1’de KAAY’de ilgili Tablo 1 ve Tablo 2,
Çizelge 5.2’de SKKY’de ilgili Tablo 21.4 verilmiştir.
Çizelge 5.1: Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği, Tablo 21.4 (ÇOB, 2004)
Tablo 21.4: Sektör: Evsel nitelikli atıksular (sınıf 4: Kirlilik yükü ham BOİ olarak 6.000 kg/gün’den
büyük, nüfus>100.000)
Parametre Birim Kompozit numune
2 saatlik
Kompozit numune
24 saatlik
Biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOİ5) mg/L 40 35
Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) mg/L 120 90
Askıda katı madde (AKM) mg/L 40 25
pH - 6-9 6-9
84
Çizelge 5.2: Kentsel Atıksu Arıtımı Yönetmeliği, Tablo 1 ve Tablo 2 (ÇOB, 2006)
Tablo 1: Kentsel atıksu arıtım tesislerinden ikincil arıtıma ilişkin deşarj limitleri*
Parametreler Konsantrasyon
(mg/L)
Minimum
arıtma verimi
(%)
Referans ölçüm metodu
Nitrifikasyonsuz1
Biyokimyasal oksijen
ihtiyacı (20ºC’de BOİ5)
25 70-90
40 Madde 8 (c)
Homojen, filtre edilmemiş,
çökeltilmemiş ham örnek.
Tamamen karanlık ortamda 20ºC
±1ºC’de beş günlük
inkübasyondan önce ve sonra
çözünmüş oksijenin ölçülmesi.
Bir nitrifikasyon inhibitörünün
ilavesi.
Kimyasal oksijen
ihtiyacı (KOİ)
125 75 Homojen, filtre edilmemiş,
çökeltilmemiş ham örnek.
Potasyum dikromat yöntemi.
Toplam askıda katı
madde (TAKM)
35
35 Madde 8 (c)
(10000 E.N.’den
fazla)
60 Madde 8 (c)
(2000-10000E.N. )
902
90 Madde 8 (c)
(10000
E.N.’den fazla)
70 Madde 8 (c)
(2000-10000
E.N.)
-Temsili örneğin 0,45 μm
membran ile filtrasyonu. 105
ºC’de kurutulması ve tartılması.
- Temsili örneğin santrifüj
edilmesi (ortalama 2800- 3200
g’lık ivme ile en az beş dakika
kadar),105 ºC’de kurutulması ve
tartılması.
* Konsantrasyon değerleri veya arıtma verimleri uygulanacaktır. 1 Eğer BOİ5 ile yerine kullanılan parametre arasında korelasyon kurulabilirse, bu parametre bir başka parametre ile
değiştirilebilir: toplam organik karbon (TOK) ya da toplam oksijen ihtiyacı (TOİ) gibi. 2 Bu şart yerleşim biriminin büyüklüğüne bağlıdır.
Lagünlerden deşarjlara ilişkin analizler filtre edilmiş örnekler üzerinde yapılmakla birlikte; filtre edilmemiş su örneklerinde
toplam askıda katı madde konsantrasyonu 150 mg/l’yi aşmamalıdır.
Tablo 2: Kentsel atıksu arıtım tesislerinden ileri arıtıma ilişkin deşarj limitleri*
Parametreler Konsantrasyon Minimum
arıtma verimi
(%)
Referans Ölçüm Metodu
Toplam fosfor 2 mg/l P
(10000-100000 E.N.)
1 mg/l P
(100 000 E.N.’den
fazla)
80 Moleküler absorpsiyon
spektrofotometre
Toplam azot 1 15 mg/l N
(10000-100000 E.N.)
10 mg/l N
(100 000 E.N.’den
fazla)2
70-80 Moleküler absorpsiyon
spektrofotometre
*Yerel şartlara bağlı olarak parametrelerin biri veya ikisi birden uygulanabilir. Konsantrasyon değerleri veya arıtma verimleri uygulanacaktır.
Çizelge 5.3’te incelenen 9 biyolojik atıksu arıtma tesisinin atıksu karakterizasyonları
ve tasarım kriterleri özetlenmiştir.
Çalışmada incelenen İstanbul’daki 9 büyük biyolojik tesisin tanıtımı aşağıda
yapılmıştır.
85
Çizelge 5.3: İncelenen biyolojik atıksu arıtma tesislerinin atıksu karakterizasyonu ve tasarım kriterleri özet tablosu
Ambarlı Ataköy Büyükçekmece Çanta Paşaköy Selimpaşa Silivri Tuzla ı Tuzla ıı
Proses A2O 5-bardenpho A2O A2O A2O A2O A2O Konvansiyonel A2O Sıcaklık °C 15 15 15 15 15 15 15 15 15
pH 7 7 7 7 7 7 7 7 7
Eşdeğer nüfus kişi 2.344.000 1.950.000 594.958 245.175 934.000 467.000 168.120 700.500 467.000
Giriş Debi m3/gün 600.000 390.000 127.400 52.500 200.000 100.000 36.000 150.000 100.000
AKM mg/L 350 320 261 351 315 293 351 610 610
KOİ mgKOİ/L 600 600 600 600 600 600 600 840 840
BOİ5 mgO2/L 266 309 283 309 324 252 309 380 376
TKN mgN/L 54 60 60 60 70 50 60 65 65 NH4-N mgN/L 32 35 36 36 42 30 36 39 39
TP mgP/L 10 8 10 10 8 10 10 15 15
PO4-P mgP/L 8 6,8 8 8 6,8 8 8 10 10
Ön Çökeltim A (yüzey alanı) m2 - 2.778 - - - 1.414 - 3.600 5.400
Hsu (su yüksekliği) m - 2,7 - - - 3,5 - 3,0 3,0
Biyolojik Tanklar Vanaer (fosfor havuzu hacmi) m3 43.720 27.157 9.792 4.051 13.032 4.326 2.370 - 6.000
Vanok (denitrifikasyon hacmi) m3 152.000 50.615 52.400 66.480 31.200 60.476 23.400 27.144 - 28.080
Vaer (nitrifikasyon hacmi) m3 238.000 66.475 66.700 170.947 72.800 95.672 36.600 42.456 24.000 43.920 Haer (aerobik tank su derinliği) m 4 6,4 6,4 4 6,5 5,5 4 6,5 4 4
Vanok/Vtop 0,39 0,43 0,44 0,28 0,30 0,39 0,39 0,39 - 0,39
RC (içsel geri devir oranı) 4,1 4,3 2,0 4,8 4,8 4,5 4,5 4,8 - 4,5
Son çökeltim tankı
A (yüzey alanı) m2 29.600 12.312 10.857 4.357 11.084 5.281 3.226 6.384 3.192
Hsu (su yüksekliği) m 3,4 4,4 3,4 2,5 3,5 4,0 2,5 4,7 4,7 R (aktif çamur geri devir oranı) 0,75 0,83 0,75 0,75 0,8 0,75 0,75 0,8 1
SRT (çamur yaşı) gün 9 10 20 10 8 11,3 21 8 8
WAS (fazla çamur debisi) m3/gün 19.030 12.580 5.475 4.340 8.951 2.320 1.540 1.344 4.629 WAS üretimi kg/gün 178.600 81.250 23.600 13.940 51.540 12.990 8.599 20.300 20.780
SVI (çamur hacim indeksi) mL/g 100 100 100 100 100 100 100 100 100
86
Çizelge 5.3 (devam): İncelenen biyolojik atıksu arıtma tesislerinin atıksu karakterizasyonu ve tasarım kriterleri özet tablosu
Ambarlı Ataköy Büyükçekmece Çanta Paşaköy Selimpaşa Silivri Tuzla I Tuzla II
Çamur Yoğunlaştırıcı
Ürün %KM 25 6 6 25 25 25 25 25 6 6 6
Ürün kütlesi kg/gün 170.000 30.330 77.400 22.440 13.250 49.020 26.760 8.178 72.860 19.530 59.130
Ürün hacmi m3/gün 680 506 1.290 90 53 196 107 33 1.214 326 986 Üst akım debisi m3/gün 18.350 587 11.290 5.385 4.287 8.755 2.934 1.508 1.090 1.018 4.691
Anaerobik çürütücü
Vcurutucu (çürütücü hacmi) m3 - 60.000 - - - - - 15.530 15.530
Ürün %KM - 3,9 - - - - - 3,5 3,7
Ürün hacmi m3/gün - 1.799 - - - - - 1.540 986
HRT (hidrolik bekletme süresi) gün - 33,4 - - - - - 10,1 15,8
Biyogaz üretimi m3/gün - 46.420 - - - - - 35.560 21.510 Biyogaz CH4 yüzdesi - 46,6 - - - - - 54,7 53,5
Biyogaz CO2 yüzdesi - 53,2 - - - - - 45,0 46,2
Çamur Susuzlaştırıcı
Ürün %KM - 27 - - - - - 27 27
Ürün kütlesi kg/gün - 66.760 - - - - - 52.210 34.830
Ürün hacmi m3/gün - 247 - - - - - 193 129 Üst akım debisi m3/gün - 1552 - - - - - 1346 857
Çamur Kurutucu
Ürün %KM 90 90 90 90 90 90 90 90 90
Ürün kütlesi kg/gün 163.800 64.390 21.620 12.760 47.230 25.780 7.878 50.350 33.600 Ürün hacmi m3/gün 182 72 24 14 52 29 9 56 37
Üst akım debisi m3/gün 498 176 66 39 144 78 24 137 92
87
5.1.1. Ambarlı İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi
Ambarlı İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi (İBAAT), İstanbul’un Esenyurt,
Beylikdüzü ve Arnavutköy ilçelerinin atıksuyunun tamamını, Avcılar ve Başakşehir
ilçelerinin bir kısmının atıksuyunu arıtmaktadır. Ambarlı Atıksu Toplama Havzası
nüfusu 2008 ADNKS’na göre 951.097 kişidir. Tesis, A2O prosesine göre, ilk aşaması
2029 yılı için 2.344.000 kişi, artan nüfusa paralel olarak 2044 yılı ikinci kademe
4.688.000 kişi kapasiteyle planlanmıştır. Ambarlı İBAAT’nin ilk kademesi için atıksu
karakterizasyonu Çizelge 5.4’te verilmiştir.
Çizelge 5.4: Ambarlı İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Ambarlı İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Proses A2O Prosesi
Eşdeğer nüfus (kişi) 2.344.000
Debi m3 gün⁄ m3 sa⁄
Qort
600.000 25.000
Qmaks
- 32.500
Giriş Karakterizasyonu mg/L kg/gün
AKM 350 210.000
KOİ 600 360.000
BOİ5 266 156.000
TKN 54 32.400
TP 10 6.000
Ambarlı Atıksu Toplama Havzası’nda toplanan atıksu Kaba Izgara’dan geçtikten
sonra Giriş Terfi Merkezi’ne ulaşmaktadır. Ardından Ambarlı İBAAT’ye giren debi
burada İnce Izgara ve Kum ve Yağ Tutucu’nun ardından Biyolojik Havuzlara
geçmektedir. Atıksu, Biyofosfor Havuzundan sonra anoksik ve aerobik Biyolojik
Havuzlara aktarılmaktadır. Aerobik havuzdan anoksik havuza iç geri devir söz
konusudur. Biyolojik tanklardan geçen debi daha sonra Son Çökeltim Tankı’na
ulaşmaktadır. Buradan Biyofosfor Havuzu girişine geri devir bulunmaktadır ve tesisin
çamur yaşı 9 gün’dür. Son Çökeltim Tankı’ndanki fazla biyolojik çamur, Çamur
Yoğunlaştırma/Susuzlaştırma Ünitesine ve ardından Çamur Kurutma Ünitesi’ne
aktarılmaktadır. Kurutulan çamur çimento fabrikasında yakıt olarak kullanılmaktadır.
Ambarlı İBAAT’nde arıtılan atıksu Marmara Denizi’ne deşarj edilmektedir. Tesisin
akım şeması Şekil 5.1’de verilmiştir.
88
Şekil 5.1: Ambarlı İBAAT akım şeması
89
5.1.2. Ataköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi
Ataköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi, İstanbul’daki Bakırköy, Bahçelievler ve
Bağcılar ilçelerinin tamamının, Başakşehir, Küçükçekmece ve Sultangazi ilçelerinin
ise bir kısmının dahil olduğu yaklaşık 2,5 milyonluk nüfusun atıksuyunu arıtmak üzere
2010 yılında işletmeye alınmıştır. Tesis ilk kademe olarak 400.000 m3 gün⁄ ’lük debi
ile arıtmaya başlamış ve artan nüfusa paralel olarak 600.000 m3 gün⁄ ’lük ikinci
kademe planlanmıştır (İSKİ, 2011). İleri biyolojik AAT, 5-kademeli Bardenpho
prosesine göre planlanmıştır ve atıksu karakterizasyonu Çizelge 5.5’te verilmiştir.
Çizelge 5.5: Ataköy İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Ataköy İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Proses 5-kademeli Bardenpho
Eşdeğer nüfus (kişi) 1.950.000
Debi m3 gün⁄ m3 sa⁄
Qort
390.000 16.250
Qmaks
- 21.250
Giriş Karakterizasyonu mg/L kg/gün
AKM 320 124.800
KOİ 600 234.000
BOİ5 309 120.510
TKN 60 23.400
TP 8 3.120
Şekil 5.2’de AAT’nin akım şeması verilmiştir. Atıksu havzasından toplanan ortalama
390.000 m3 gün⁄ ’lük debi, Giriş Terfi Merkezine ulaşmadan önce Kaba Izgara’dan
geçmektedir. Giriş Terfi Merkezi’nden İnce Izgara’ya pompalanan atıksu, buradan
Kum ve Yağ Tutucu’ya giriş yapmaktadır. Daha sonra debinin %50’si Ön Çökeltim
Havuzu’na iletilirken, diğer yarısı bu üniteyi bypass etmektedir. Ön Çökeltim
Havuzu’nda çöken birincil çamur, Birincil Çamur Yoğunlaştırma Ünitesi’ne
iletilmektedir. Atıksu akımı Ön Çökeltim Havuzu çıkışı ve bypass debisi ile Çamur
Yoğunlaştırıcı’da çamurdan ayrılmış üst akım ile birleşmekte, biyolojik havuza
girmeden önce tekrar ikiye ayrılmaktadır. Debinin %56’sı Biyofosfor Havuzu’na
giderken, %44’ü Kaskat 1 (Biyofosfor Havuzu, Anoksik I ve Aerobik I havuzları)
çıkışındaki debiye doğrudan katılmaktadır. Biyofosfor Havuzu’na gelen debi burada
Son Çökeltim Havuzu’ndan gelen geri devir debisi ile birleşmekte, Biyofosfor Havuzu
ardından Anoksik I ve Aerobik I Biyolojik Havuzlara ilerlemektedir. Aerobik I’den
Anoksik I’e iç geri devir söz konusudur. Kaskat 1 çıkışındaki akım, biyolojik olarak
arıtılmamış giriş debisinin %46’lık kısmı ile birleşerek Kaskat 2’ye (Anoksik II ve
90
Aerobik II havuzları) ilerlemektedir. Kaskat 2’de de Aerobik II’den Anoksik II’ye iç
geri devir söz konusudur. Kaskat 2 çıkışındaki akım Son Çökeltim Havuzu’na
girmektedir. Son Çökeltim Havuzu’ndan Biyofosfor Havuzu girişine aktif çamur geri
devredilmekte, fazla aktif çamur ise Çamur Depolama Tankı’na iletilmektedir. Tesisin
çamur yaşı 10 gün’dür. Ataköy İBAAT’nde arıtılan atıksu Ayamama Deresi’ne deşarj
edilmektedir.
Çamur Depolama Ünitesi’nde depolanan fazla aktif çamur, Çamur Yoğunlaştırıcı’dan
sonra yoğunlaşmış birincil çamurla birleşerek Anaerobik Çürütücü’ye giriş
yapmaktadır. Anaerobik Çürütücü’den elde edilen biyogaz desülfürizasyondan sonra
Gaz Tankı’nda biriktirilmekte ve ardından Kojenerasyon Ünitesinde enerji eldesinde
kullanılmaktadır. Anaerobik Çürütücü’de çürütülen çamur, Çamur Susuzlaştırma
Ünitesi’ne ve ardından Çamur Kurutma Ünitesine aktarılmaktadır. Çamur
Yoğunlaştırıcı ve Çamur Susuzlaştırma’da oluşan sentrat Ön Çöktürme çıkışında tesis
akımına karıştırılmaktadır.
91
Şekil 5.2: Ataköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması
92
5.1.3. Büyükçekmece İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi
Büyükçekmece İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi (İBAAT), İstanbul’un
Büyükçekmece ilçesinin tamamı ile Arnavutköy, Çatalca ve Silivri ilçelerinin bir
kısmının atıksuyunu arıtmaktadır. Büyükçekmece İBAAT, ilk kademede 2026 yılı için
508.661 kişiye, ikinci kademede 2041 yılı için 1.023.765 kişiye ve üçüncü kademede
2050 yılı için 1.563.820 kişiye hizmet edecek şekilde tasarlanmıştır. Tesisin atıksu
karakterizasyonu Çizelge 5.6’da verilmiştir.
Çizelge 5.6: Büyükçekmece İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Büyükçekmece İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Proses A2O Prosesi (Çamur yaşı>13)
Eşdeğer nüfus (kişi) 594.958
Debi m3 gün⁄ m3 sa⁄
Qort
127.400 5.308
Qmaks
- 7.960
Giriş Karakterizasyonu mg/L kg/gün
AKM 260 33.124
KOİ 600 76.440
BOİ5 285 36.309
TKN 60 7.644
TP 10 1.274
Büyükçekmece Atıksu Toplama Havzası’nda toplanan atıksu sırasıyla Kaba Izgara,
Giriş Terfi Merkezi ve İnce Izgara ünitelerinden sonra Kum ve Yağ Tutucu’ya
ulaşmaktadır. Kum ve Yağ Tutucu’dan sonra çamur ünitelerinden gelen üst akımla
birleşen atıksu akımı biyolojik havuzlara iletilmektedir. Atıksu Biyofosfor
havuzundan sonra anoksik ve aerobik havuzlardan geçerek Son Çökeltim Tankı’na
ilerlemektedir ve Aerobik Havuzdan Anoksik Havuza içsel geri devir bulunmaktadır.
Son Çökeltim Havuzundan da Biyofosfor Havuzu girişine aktif çamur geri
devredilmekte, fazla çamur ise Fazla Çamur Depolama Tankına aktarılmaktadır.
Tesisin çamur yaşı 20 gün’dür. Fazla çamur Yoğunlaştırma/Susuzlaştırma Ünitesinden
sonra Çamur Kurutma Ünitesine iletilmektedir. Kurutulan çamur çimento
fabrikalarına yakıt olarak kullanılmak üzere gönderilmektedir. Büyükçekmece
İBAAT’nde arıtılan atıksu Marmara Denizi’ne deşarj edilmektedir ve tesis akım
şeması Şekil 5.3’te verilmiştir.
93
Şekil 5.3: Büyükçekmece İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması
94
5.1.4. Çanta İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi
Çanta İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi (İBAAT), İstanbul’un güneybatısındaki
Silivri ilçesinin bir kısmının atıksuyunu arıtmaktadır. Çanta Atıksu Toplama
Havzasında mevsimsel nüfus farkı yazlık sayısına bağlı olarak fazladır. Tesis nüfusla
artan atıksu debisine karşılık vermek adına 3 kademe olarak tasarlanmıştır. İlk kademe
2028 yılı için 210.000 kişi, ikinci kademe 2040 yılı için 420.000 kişi ve üçüncü
kademe 2050 yılı için 625.000 kişi eşdeğer nüfusa göre planlanmıştır. Tesisin atıksu
karakterizasyonu Çizelge 5.7’de verilmiştir.
Çizelge 5.7: Çanta İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Çanta İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Proses A2O Prosesi
Eşdeğer nüfus (kişi) 245.175
Debi m3 gün⁄ m3 sa⁄
Qort
52.500 2.188
Qmaks
- 3.083
Giriş Karakterizasyonu mg/L kg/gün
AKM 315 16.538
KOİ 600 31.500
BOİ5 324 17.010
TKN 70 3.675
TP 8 420
Çanta İBAAT’de atıksu arıtımı Büyükçekmece tesisiyle aynı proses şemasıyla
yapılmaktadır ancak çamur yaşı 10 gün’dür. Tesise ait akım şeması Şekil 5.4’te
verilmiştir. Tesiste arıtılan atıksu Marmara Denizi’ne deşarj edilmektedir.
95
Şekil 5.4: Çanta İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması
96
5.1.5. Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi
Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi (İBAAT), İstanbul’un Sultanbeyli
ilçesinin tamamının ile Sancaktepe ve Çekmeköy ilçelerinin bir kısmının atıksuyunu
arıtmaktadır. Tesisin ilk kademesi 100.000 m3 gün⁄ ’lük kapasiteyle 2000 yılında,
ikinci kademesi ise aynı kapasiteyle 2009 yılında hizmete alınmıştır ve hizmet verdiği
eşdeğer nüfus değeri 934.000 kişidir. Tesisin atıksu karakterizasyonu Çizelge 5.8’de
verilmiştir.
Çizelge 5.8: Paşaköy İBAAT atıksu karakterizasyonu
Paşaköy İBAAT atıksu karakterizasyonu
Proses A2O Prosesi
Eşdeğer nüfus (kişi) 934.000
Debi m3 gün⁄ m3 sa⁄
Qort
200.000 8.333
Qmaks
- 12.500
Giriş Karakterizasyonu mg/L kg/gün
AKM 315 63.000
KOİ 600 120.000
BOİ5 324 64.800
TKN 70 14.000
TP 8 1.600
Paşaköy tesisinde atıksu Büyükçekmece İBAAT ile aynı proses şemasıyla
arıtılmaktadır ancak çamur yaşı 9 gün’dür. Tesisin akım şeması Şekil 5.5’te verilmiştir.
Tesiste arıtılan atıksu Riva Deresi’ne deşarj edilmektedir.
97
Şekil 5.5: Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması
98
5.1.6. Selimpaşa İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi
Selimpaşa İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi (İBAAT), İstanbul’un
güneybatısındaki Silivri ilçesinin bir kısmının atıksuyunu arıtmaktadır. Selimpaşa
Atıksu Toplama Havzasında turizme elverişli bölge olduğundan mevsimsel nüfus farkı
fazladır. Tesisin ilk kademesi 2030 yılı için 457.851 kişi, ikinci kademe 2038 yılı için
915.703 kişi ve üçüncü kademe 2046 yılı için 1.831.405 kişi eşdeğer nüfusa göre
planlanmıştır. Tesisin atıksu karakterizasyonu Çizelge 5.9’da verilmiştir.
Çizelge 5.9: Selimpaşa İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Selimpaşa İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Proses A2O Prosesi
Eşdeğer nüfus (kişi) 467.000
Debi m3 gün⁄ m3 sa⁄
Qort
100.000 4.167
Qmaks
- 5.417
Giriş Karakterizasyonu mg/L kg/gün
AKM 293 29.300
KOİ 600 60.000
BOİ5 252 25.200
TKN 50 5.000
TP 10 1.000
Selimpaşa Atıksu Toplama Havzasında toplanan atıksu Kaba Izgara, Giriş Terfi
Merkezi, İnce Izgara ile Kum ve Yağ Tutucu ünitesinden sonra Ön Çökeltim
Havuzuna giriş yapmaktadır. 2020 yılı için yapılan hesaplarda, Ön Çökeltim Tankının
bypass edildiği kabul edilmiştir. Ön Çökeltim Havuzunda üretilen birincil çamur,
Birincil Çamur Yoğunlaştırma/Susuzlaştırma Ünitesine iletilmektedir. Ön Çökeltim
Havuzundan çıkan akım çamur ünitelerinden gelen üst akım debisiyle birleşip
biyolojik tanklara ilerlemektedir. Akım Biyofosfor Havuzu, Anoksik ve Aerobik
Havuzundan sonra Son Çökeltim Havuzuna ulaşmaktadır. Aerobik Havuzdan Anoksik
Havuza içsel geri devir, Son Çökeltim Tankından Anaerobik Havuza aktif çamur devri
söz konusudur ve tesisin çamur yaşı 11,3 gün’dür. Son Çökeltim Havuzundan atılan
fazla biyolojik çamur, depolama tankından sonra Fazla Çamur
Yoğunlaştırma/Susuzlaştırma Ünitesine iletilmektedir. Daha sonra susuzlaşmış
birincil ve fazla biyolojik çamur, buradan Çamur Kurutma Ünitesinde kurutulmakta
ve ardından çimento fabrikalarına gönderilmektedir. tesise ait akım şeması Şekil
5.6’da verilmiştir. Tesiste arıtılan atıksu Marmara Denizi’ne deşarj edilmektedir.
99
Şekil 5.6: Selimpaşa İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması
100
5.1.7. Silivri İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi
Silivri İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi İstanbul’un Silivri ilçesinin atıksuyunun
bir kısmını arıtmaktadır. Silivri Atıksu Toplama Havzasında turizm faaliyetleri
bulunmakta ve buna bağlı olarak mevsimsel debi değişiklikleri gözlenmektedir. Silivri
tesisi, ilk kademe 2028 yılı için 146.000 kişi, ikinci kademe 2040 yılı için 292.000 kişi
ve üçüncü kademe 2050 yılı için 400.000 kişi olacak şekilde tasarlanmıştır. Tesis
atıksu karakterizasyonu Çizelge 5.10’de verilmiştir.
Çizelge 5.10: Silivri İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Silivri İBAAT 1. Kademe atıksu karakterizasyonu
Proses A2O Prosesi (Çamur yaşı >13)
Eşdeğer nüfus (kişi) 168.120
Debi m3 gün⁄ m3 sa⁄
Qort
36.000 1.500
Qmaks
- 3.177
Giriş Karakterizasyonu mg/L kg/gün
AKM 351 12.636
KOİ 600 21.600
BOİ5 309 11.124
TKN 60 2.160
TP 10 360
Silivri tesisinin atıksu arıtma prosesi Büyükçekmece ile aynıdır ve çamur yaşı 21
gün’dür. Tesiste arıtılan atıksu Marmara Denizine deşarj edilmektedir ve akım şeması
Şekil 5.7’de verilmiştir.
101
Şekil 5.7: Silivri İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi
102
5.1.8. Tuzla İkinci Kademe Atıksu Arıtma Tesisi (Tuzla I)
Tuzla İkinci Kademe Atıksu Arıtma Tesisi (Tuzla I), İstanbul’un Tuzla, Pendik, Kartal
ve Maltepe ilçelerinin atıksuyunu arıtmaktadır. Tesisin kapasitesi 150.000 m3’tür
(700.500 eşdeğer nüfus) ve 1998 yılında hizmete alınmıştır. Tesis atıksu
karakterizasyonu Çizelge 5.11’de verilmiştir. Tuzla Atıksu Toplama Havzası’nda
bulunan endüstriyel faaliyetler, atıksuyun karakterizasyonunun evsel atıksudan daha
kuvvetli olmasına yol açmaktadır.
Çizelge 5.11: Tuzla Birincil Atıksu Arıtma Tesisi (Tuzla I) atıksu karakterizasyonu
Tuzla I Tesisi atıksu karakterizasyonu
Proses İkinci Kademe Arıtma
Eşdeğer nüfus (kişi) 700.500
Debi m3 gün⁄ m3 sa⁄
Qort
150.000 6.250
Qmaks
- 9.375
Giriş Karakterizasyonu mg/L kg/gün
AKM 610 91.500
KOİ 840 126.000
BOİ5 380 57.000
TKN 65 9.750
TP 15 2.250
Tuzla I Tesisine gelen atıksu, Kaba Izgara, Giriş Terfi Merkezi, İnce Izgara ile Kum
ve Yağ Tutucu Ünitelerinden sonra Ön Çökeltim Tankına ulaşmaktadır. Burada
üretilen birincil çamur, Birincil Çamur Yoğunlaştırma Ünitesine iletilmekte, Ön
Çökeltim tankından çıkan atıksu akımı ise çamur ünitelerinden gelen üst akım ile
birleşerek Aerobik Tanka giriş yapmaktadır. Aerobik tankın ardından Son Çökeltim
Tankına ulaşmakta ve arıtılan su Marmara Denizi’ne deşarj edilmektedir. Son
Çökeltim tankından Aerobik Tanka geri devir söz konusudur ve çamur yaşı 8 gün’dür.
Fazla biyolojik çamur depolama tankının ardından Fazla Çamur Yoğunlaştırma
Ünitesinde yoğunlaştırıldıktan sonra yoğunlaşmış birincil çamur ile Anaerobik Çamur
Çürütme Ünitesinde çürütülmekte ve elde edilen biyogaz enerji dönüşümünde
kullanılmaktadır. Çürümüş çamur ise Kurutma Ünitesinde kurutulduktan sonra
çimento fabrikalarına gönderilmektedir. Şekil 5.8’de tesis akım şeması verilmiştir.
103
Şekil 5.8: Tuzla I İkinci Kademe Atıksu Arıtma Tesisi akım şeması
104
5.1.9. Tuzla İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi (Tuzla II)
Tuzla İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi (Tuzla II), İstanbul’un Tuzla, Pendik, Kartal
ve Maltepe ilçelerinin atıksuyunu arıtmakta ve Tuzla I Tesisiyle aynı konumda yer
almaktadır. Tesisin kapasitesi 100.000 m3’tür (467.000 eşdeğer nüfus) ve 2009 yılında
hizmete alınmıştır. Tesis atıksu karakterizasyonu Çizelge 5.12’de verilmiştir. Tuzla
Atıksu Toplama Havzası’ndaki endüstriyel atıksuların kanala deşarjı nedeniyle,
atıksuyun karakterizasyonu evsel atıksudan daha kuvvetlidir.
Çizelge 5.12: Tuzla İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi (Tuzla II) atıksu
karakterizasyonu
Tuzla II Tesisi atıksu karakterizasyonu
Proses A2O Prosesi
Eşdeğer nüfus (kişi) 467.000
Debi m3 gün⁄ m3 sa⁄
Qort
100.000 4.167
Qmaks
- 6.250
Giriş Karakterizasyonu mg/L kg/gün
AKM 610 61.000
KOİ 840 84.000
BOİ5 376 37.600
TKN 65 6.500
TP 15 1.500
Tuzla II Tesisine gelen atıksu Selimpaşa İBAAT ile aynı proses ile arıtılmaktadır ve
çamur yaşı 8 gün’dür, ancak tesiste üretilen birincil ve fazla biyolojik çamur aynı
Yoğunlaştırma Ünitesinde yoğunlaştırıldıktan sonra Anaerobik Çamur Çürütücü
Ünitesinde çürütülmekte ve elde edilen biyogazdan tesis içinde enerji üretilmektedir.
Çürütülen çamur Kurutma Ünitesinde kurutulduktan sonra çimento fabrikalarına
gönderilmektedir. Tesis akım şeması Şekil 5.9’da verilmiştir.
105
Şekil 5.9: Tuzla II Tesisi akım Şeması
106
5.2. İncelenen Senaryolar
Çalışma kapsamında, İstanbul’daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesisinden salınan
sera gazı emisyonu miktarı IPCC (2006) Rehberi ve GPS-X modeli kullanılarak,
Kapsam 1 çerçevesinde hesaplanmıştır ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Hesaplamalarda,
arıtma tesisi sınırları dahilinde, atıksu arıtma faaliyetleri sonucu doğrudan salınan ve
çamurdan üretilen biyogazdan enerji eldesiyle tutulan CO2, CH4 ve N2O emisyon
miktarları incelenmiştir. Sera Gazı Protokolü Kapsam 1 çerçevesinde, biyojenik CO2
emisyon miktarı net sera gazı emisyon miktarına dahil edilmemektedir.
IPCC (2006) Rehberinde, doğrudan salınan CH4 emisyonu ile doğrudan (arıtma
faaliyetleri sonucu) ve dolaylı (deşarj sonrası alıcı ortamda) olarak salınan N2O
emisyonu hesaplanmaktadır. Arıtma çamurundan biyogaz üretilen tesislerde, üretilen
biyogaz miktarının CH4 fraksiyonu, doğrudan CH4 emisyonundan düşülmektedir.
Tesis sınırları içinde salınan net sera gazı miktarı, doğrudan CH4 ve N2O emisyonlarını
içermektedir.
GPS-X modelinde net emisyon miktarı, tesiste arıtma faaliyetleri sonucu oluşan
doğrudan CH4 ile N2O emisyonlarını, arıtma çamurunun anaerobik çürütülmesiyle
tutulan CH4 ile N2O emisyonlarını ve anaerobik çürütmede üretilen biyogazın enerji
eldesinde kullanılması ile tasarruf edilen fosil yakıt kullanımına bağlı tutulan CO2
emisyonunu içermektedir.
Biyolojik besi maddesi giderimi yapılan atıksu arıtma tesislerinden salınan sera gazı
emisyonu etkileyen koşullar seçilen bir ileri biyolojik atıksu arıtma tesisi için GPS-X
modelinde 4 farklı senaryo ile çalıştırılmıştır. Ambarlı İBAAT’nin 2. Kademesi
üzerinden yapılan çalışmada Senaryo 1’de çamur yaşının, Senaryo 2’de havalandırma
tanklarındaki çözünmüş oksijen konsantrasyonunun, Senaryo 3’te atıksuyun
KOİ/TKN oranının ve Senaryo 4’te tesise şok debi yüklemesinin sera gazı emisyon
miktarına etkisi araştırılmıştır.
107
6. BİYOLOJİK ATIKSU ARITMA TESİSLERİNDEN SERA GAZI
EMSİYONU POTANSİYELİ HESAPLAMA SONUÇLARININ ANALİZİ
6.1. IPCC (2006) Ulusal Emisyon Envanteri Rehberi’ne göre Emisyon Tahmini
Bu çalışma için İSKİ atıksu arıtma tesisleri arasından seçilen 9 biyolojik atıksu arıtma
tesisinden kaynaklanan sera gazı emisyon miktarı, Bölüm 4.1’de açıklanan IPCC
(2006) Rehberine göre 2020 yılı nüfus ve kirlilik yükleri baz alınarak hesaplanmıştır.
Hesaplama adımları aşağıda açıklanmıştır.
6.1.1. N2O emisyonu potansiyeli hesabı
IPCC (2006) Rehberine göre N2O emisyon miktarı hesaplanırken, doğrudan emisyon
faktörü 3,2 g N2O/kişi/yıl, dolaylı emisyon faktörü ise 5 g N2O/g Ndeşarj alınmıştır.
Atıksu kanal sistemine endüstriyel atıksu girişi olduğu kabul edilmiştir. Deşarjdan
sonra dolaylı N2O emisyon miktarı hesabı için öncelikle çıkış suyundaki azot miktarı
hesaplanmıştır. Bunun için deşarj standartlarında belirtilen TN konsantrasyonu tesis
debisiyle çarpılıp deşarj azot yükü bulunmuştur (Çizelge 6.1).
6.1.2. CH4 emisyonu potansiyeli hesabı
IPCC (2006) Rehberine göre CH4 emisyon miktarı hesaplanırken, atıksudaki organik
madde miktarı olarak, tesis giriş KOİ yükü alınmıştır. Daha sonra tesisin CH4 emisyon
faktörü, maksimum CH4 üretim kapasitesi (Bo) ve CH4 düzeltme faktörü (MCF)
çarpılarak bulunmuştur. Maksimum CH4 üretim kapasitesi (Bo) olarak IPCC (2006)
Rehberinde belirtilen 0,25 kg CH4/kg KOİ değeri (Çizelge 4.3), CH4 düzeltme faktörü
(MCF) olarak ise Çizelge 4.4’te belirtilen atıksu arıtımı için 0,01 (Tesislerde KOİ
gideriminde anaerobik reaktör kullanılmamakta ve atıksu arıtımından CH4 emisyonu,
kanal sisteminde oluşup tesise gelen CH4 gazının havalandırmalı kum tutucu ve
çökeltim tanklarından salınmasından kaynaklanmaktadır.) ve anaerobik çürütücü için
ise 0,8 seçilmiştir. Bu durumda, atıksu arıtma tesisinden salınan CH4’ın emisyon
faktörü (0,25 kg CH4/kg KOİ∗0,01) 0,0025 kg CH4/kg KOİ ve çamurun anaerobik
108
çürütülmesiyle ilgili CH4 emisyon faktörü (0,25 kg CH4/kg KOİ∗0,8) 0,20 kg CH4/kg
KOİ olmaktadır.
Bertaraf edilen çamurun KOİ yükü olarak, GPS-X modeliyle 2020 yılı kirlilik yükü
için hesaplanan, çimento fabrikalarında yakıt olarak kullanılmak üzere gönderilen
kurutulmuş çamur miktarı kullanılmıştır. Geri kazanılan ya da flarede yakılan CH4
miktarı için, 2020 yılı debisi ve kirlilik yükü baz alınarak GPS-X modelinde
hesaplanan CH4 miktarı bulunmuş ve bu değer doğrudan CH4 emisyonundan
çıkartılmıştır (Çizelge 6.2).
6.1.3. Toplam ve birim sera gazı emisyonu potansiyeli
Sera Gazı Protokolü Kapsam 1 çerçevesinde 2020 yılı nüfus ve kirlilik yüklerine göre
incelenen 9 biyolojik atıksu arıtma tesisinden kaynaklanan toplam sera gazı emisyonu
miktarları Çizelge 6.3’te verilmiştir. Tesislerden salınan 2020 yılı toplam doğrudan
sera gazı emisyon potansiyeli 225.372 t CO2 eşd/yıl olarak hesaplanmıştır.
2020 yılı nüfusu baz alınarak hesaplanmış birim doğrudan sera gazı emisyonları
Çizelge 6.4’te özetlenmiştir. Tesislere ait doğrudan birim N2O gazı emisyon
potansiyeli ortalaması 1,06 kg CO2 eşd/kişi/yıl, toplam doğrudan birim N2O emisyon
potansiyeli ise 9,5 kg CO2 eşd/kişi/yıl’dır. Tesislere gelen atıksuyun TKN yükü başına
N2O gazı emisyonu ise 8 ileri biyolojik atıksu arıtma tesisi için %0,09’dur. IPCC
(2006) Rehberinde, atıksu arıtımına bağlı N2O emisyonu, hizmet verilen eşdeğer
nüfusa göre hesaplandığından, tesislerin azot giderim veriminin emisyona etkisi
hesaplara yansıtılmamaktadır. Bu nedenle, besi maddesi gideriminin yapıldığı ileri
biyolojik atıksu arıtma tesisleri (8 ileri biyolojik atıksu arıtma tesisi) ile yalnızca kısmi
nitrifikasyonun gerçekleştiği konvansiyonel atıksu arıtma tesisinin (Tuzla I) birim N2O
emisyon miktarları aynıdır.
Çizelge 6.4’te verilen birim CH4 emisyonları incelendiğinde, anaerobik çürütme
yapılan Ataköy, Tuzla I ve Tuzla II tesisleri için sırasıyla 54, 95 ve 90 kg CO2
eşd/kişi/yıl olduğu görülmektedir. Atıksu KOİ yükü başına CH4 emisyonu Ataköy,
Tuzla I ve Tuzla II tesisleri için sırasıyla %4,1, %5,2 ve %4,9’dur.
IPCC (2006) rehberine göre yapılan hesaplarda, artan çamur yaşı ile tesisten
uzaklaştırılan çamur miktarı azalmakta ve net emisyon miktarı artmaktadır. Bu
nedenle Ataköy tesisinin birim CH4 emisyonu Tuzla I ve Tuzla II tesislerinden daha
azdır.
109
Çizelge 6.1: IPCC (2006) Rehberine göre hesaplanan biyolojik atıksu arıtma tesislerinden salınan N2O emisyonu potansiyeli hesabı
2020 yılı EN EF doğrudan Endüstriyel yük
girişi düzeltme
faktörü
Doğrudan N2O
emisyonu
Deşarj azot
yükü
EF dolaylı N2O düzeltme
faktörü
Dolaylı N2O emisyonu
kişi g N2O/kişi/yıl
kg N2O/yıl kg N/gün kg N2O-N/kg N g N2O/g N2O-N kg N2O/yıl
A B C D=A*B*C*10-3 E F G H=E*F*G*365
Ambarlı 1.717.787 3,2 1,25 6.871 3.676 0,005 44/28 10.542
Ataköy 1.907.713 3,2 1,25 7.631 4.083 0,005 44/28 11.708
Büyükçekmece 326.766 3,2 1,25 1.307 699 0,005 44/28 2.005
Çanta 143.724 3,2 1,25 575 308 0,005 44/28 883
Paşaköy 805.869 3,2 1,25 3.223 1.725 0,005 44/28 4.946
Selimpaşa 209.334 3,2 1,25 837 448 0,005 44/28 1.286
Silivri 116.648 3,2 1,25 467 250 0,005 44/28 716
Tuzla I 700.500 3,2 1,25 2.802 6.750 0,005 44/28 19.358
Tuzla II 467.000 3,2 1,25 1.868 1.000 0,005 44/28 2.868
Çizelge 6.2: IPCC (2006) Rehberine göre hesaplanan biyolojik atıksu arıtma tesislerinden salınan CH4 emisyonu potansiyeli hesabı
Maksimum
CH4 üretim
kapasitesi
(Bo)
Atıksu
KOİ
yükü
Uzaklaştırılan
kurutulmuş
çamur KOİ
yükü
Atıksu arıtımı
CH4 düzeltme
faktörü
(MCF1)
Atıksu
arıtımı
(EF1)
Atıksu
arıtıma
CH4
emisyonu
Anaerobik
çürütücü
KOİ yükü
Geri
kazanılan
CH4
miktarı
Anaerobik
çürütücü CH4
düzeltme
faktörü
(MCF2)
Anaerobik
çürütücü
(EF2)
Anaerobik
çürütücü
CH4
emisyonu
Toplam
CH4
emisyonu
kg CH4/kg
KOİ
kg/gün kg/gün
kg
CH4/kg
KOİ
kg
CH4/gün
kg/gün kg
CH4/gün
kg CH4/kg
KOİ
kg
CH4/gün
kg
CH4/gün
A B C D E=A*D F=(B-C)*E G H I J=A*I K=G*J-H L=F+K
Ambarlı 0,25 220.600 98.270 0,01 0,0025 306 - - - - - 306
Ataköy 0,25 245.000 50.550 0,01 0,0025 486 110800 12547 0,8 0,2 9613 10.099
Büyükçekmece 0,25 41.960 11.790 0,01 0,0025 75 - - - - - 75
Çanta 0,25 17.470 6.396 0,01 0,0025 28 - - - - - 28
Paşaköy 0,25 103.500 37.210 0,01 0,0025 166 - - - - - 166
Selimpaşa 0,25 22.410 7.896 0,01 0,0025 36 - - - - - 36
Silivri 0,25 14.990 4.300 0,01 0,0025 27 - - - - - 27
Tuzla I 0,25 126.000 34.110 0,01 0,0025 230 87020 11101 0,8 0,2 6303 6.533
Tuzla II 0,25 84.000 21.400 0,01 0,0025 157 52660 6569 0,8 0,2 3963 4.119
110
Çizelge 6.3: İstanbul’daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesisinin IPCC (2006) Rehberine ve 2020 yılı debi ve kirlilik yüküne göre Kapsam 1
çerçevesinde hesaplanan sera gazı emisyonu potansiyelleri
Ambarlı Ataköy Büyükçekmece Çanta Paşaköy Selimpaşa Silivri Tuzla I Tuzla II Toplam
Doğrudan N2O emisyonu t CO2 eşd/yıl 1.821 2.022 346 152 854 222 124 743 495 6.779
Dolaylı N2O emisyonu t CO2 eşd/yıl 2.794 3.103 531 234 1.311 341 190 5.130 760 14.393
CH4 emisyonu t CO2 eşd/yıl 3.126 103.211 771 283 1.694 371 273 66.764 42.100 218.593
Net Doğrudan Sera Gazı Emisyonu* t CO2 eşd/yıl 240.470 691.193 68.508 31.115 183.689 36.285 27.439 63.952 185.853 225.372
* Doğrudan N2O emisyonu ve CH4 emisyonunun toplamı.
Çizelge 6.4: İstanbul’daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesisinin IPCC (2006) Rehberine göre hesaplanan birim sera gazı emisyonu
potansiyelleri (2020 yılı debi ve kirlilik yüküne göre)
Ambarlı Ataköy B.çekmece Çanta Paşaköy Selimpaşa Silivri Tuzla I Tuzla II Ortalama Toplam
Doğrudan kişi başı
N2O emisyonu
kg N2O/kişi/yıl 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004+ 0,036
kg CO2 eşd/kişi/yıl 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06+ 9,5
Atıksu N yükü başına
N2O emisyonu
N2O-N/Ngiriş (%) %0,09 %0,09 %0,09 %0,09 %0,07 %0,10 %0,09 %0,08 %0,08 %0,09+ -
Kişi başı CH4
emisyonu
kg CH4/kişi/yıl 0,06 1,93 0,08 0,07 0,08 0,06 0,08 3,40 3,22 0,07* 2,85** 9
kg CO2 eşd/kişi/yıl 1,8 54 2,4 2,0 2,1 1,8 2,3 95 90 2,1* 80** 252
Atıksu KOİ yükü
başına CH4 emisyonu
CH4emisyon/KOİgiriş (%) %0,1 %4,1 %0,2 %0,2 %0,2 %0,2 %0,2 %5,2 %4,9 %0,2 %4,7 -
+ İleri biyolojik atıksu arıtma tesislerinin ortalaması (Ambarlı, Ataköy, B.çekmece, Çanta, Paşaköy, Selimpaşa, Silivri, Tuzla II) * Anaerobik çürütmenin yapılmadığı tesislerin ortalaması (Ambarlı, B.çekmece, Çanta, Paşaköy, Selimpaşa, Silivri) ** Anaerobik çürütmenin yapıldığı tesislerin ortalaması (Ataköy, Tuzla I, Tuzla II)
111
Anaerobik çürütme yapılmayan tesislerde (Ambarlı, Büyükçekmece, Çanta, Paşaköy,
Selimpaşa, Silivri) atıksu arıtımından kaynaklı ortalama birim CH4 emisyonu 2,1 kg
CO2 eşd/kişi/yıl’dır (Çizelge 6.4). Bu tesisler incelendiğinde, Büyükçekmece ve Silivri
tesislerinin en fazla birim CH4 emisyonuna sahip olduğu görülmektedir. Bu iki tesisin
çamur yaşı 20 gün’dür ve diğer tesislerden görece daha fazladır. Buna göre, IPCC
(2006) rehberine göre yapılan hesaplarda artan çamur yaşı ile sistemden uzaklaştırılan
çamur miktarı azaldığından net emisyon da artmaktadır.
Şekil 6.1’de İstanbul’daki 9 biyolojik atıksu arıtma tesisinin IPCC (2006) Rehberine
göre hesaplanan birim sera gazı emisyonları verilmiştir.
Şekil 6.1: Biyolojik atıksu arıtma tesislerinin IPCC (2006) Rehberine göre
hesaplanan kişi başı sera gazı emisyonu potansiyellerinin karşılaştırılması
112
6.2. GPS-X Simülasyon Modeli ile Emisyon Miktarı Tahmini
İSKİ’nin 9 AAT’si için GPS-X modeli kullanılarak 2020 yılı nüfusu ve kirlilik yükü
baz alınarak sera gazı emisyon miktarları ayrıca hesaplanmıştır. Sera gazı
emisyonununda kritik olan tesislere ait debi, atıksu KOİ ve TKN konsantrasyonları,
KOİ/TKN oranı ve proses çamur yaşı verileri Çizelge 6.5’te topluca verilmiştir.
Çizelge 6.5: İncelenen İSKİ tesislerinin giriş suyu özelliklerinin karşılaştırılması
Ambarlı Ataköy B.çekmece Çanta Paşaköy Selimpaşa Silivri Tuzla
I
Tuzla
II
Debi m3/gün 367.606 408.251 69.928 30.776 172.456 44.825 24.978 150.000 100.000
KOİ mg KOİ/L 600 600 600 600 600 600 600 840 840
TKN mg N/L 54 60 60 60 70 50 60 65 65
TP mg P/L 10 8 10 10 8 10 10 15 15
KOİ/
TKN
- 11,1 10,0 10,0 10,0 8,6 12,0 10,0 12,9 12,9
Çamur
yaşı
gün 9 10 20 10 8 11,3 20 8 8
Çizelge 6.5 incelendiğinde, Tuzla I ve II tesisinin KOİ konsantrasyonu 840 mg/L iken,
diğer 7 tesisisin giriş suyu KOİ konsantrasyonlarının 600 mg/L olduğu görülmektedir.
Giriş TKN konsantrasyonu en yüksek olan tesisi Paşaköy (70 mg/L) iken en düşük
olan tesis Selimpaşa tesisidir (50 mg/L). En yüksek KOİ/TKN oranı 12,9 ile Tuzla I
ve II tesislerine aittir. Diğer 7 tesisin KOİ konsantrasyonları aynıdır ancak içlerinde
KOİ/TKN oranı en yüksek olan 12 değeri ile Selimpaşa tesisidir. En düşük KOİ/TKN
oranı ise Paşaköy tesisine aittir (8,6).
Çizelge 6.6’da İstanbul’daki 9 biyolojik atıksu arıtma tesisinin tabi tutulduğu deşarj
standartları, Çizelge 6.7’de ise tesislerin 2020 yılı verileriyle GPS-X modeliyle
hesaplanan deşarj karakterizasyonları verilmiştir.
113
Çizelge 6.6: İSKİ biyolojik atıksu arıtma tesislerinin tabi olduğu deşarj standartları
AKM BOİ5 KOİ TN TP
Ambarlı Deşarj kons. (mg/L) 35 25 120 10 1
Giderim verimi (%) min %90 min %70 min %75 min %70 min %80
Ataköy Deşarj kons. (mg/L) 35 25 125 10 1
Giderim verimi (%) min %90 min %70 min %75 min %70 min %80
Büyükçekmece Deşarj kons. (mg/L) 35 25 120 10 1
Giderim verimi (%) min %90 min %70 min %75 min %70 min %80
Çanta Deşarj kons. (mg/L) 35 25 120 10 1
Giderim verimi (%) min %90 min %70 min %75 min %70 min %80
Paşaköy Deşarj kons. (mg/L) 35 25 125 10 3
Giderim verimi (%) - - - - -
Selimpaşa Deşarj kons. (mg/L) 35 25 120 10 1
Giderim verimi (%) min %90 min %70 min %75 min %70 min %80
Silivri Deşarj kons. (mg/L) 35 25 90 10 1
Giderim verimi (%) - - - - -
Tuzla I Deşarj kons. (mg/L) 35 25 125 - -
Giderim verimi (%) min %90 min %70 min %75 - -
Tuzla II Deşarj kons. (mg/L) 35 25 120 10 1
Giderim verimi (%) min %90 min %70 min %75 min %70 min %80
Çizelge 6.7: İSKİ biyolojik atıksu arıtma tesislerinin GPS-X modeliyle hesaplanan
deşarj karakterizasyonu
AKM BOİ5 KOİ TN TP
Ambarlı Deşarj kons. (mg/L) 7 4 41 9,4 0,8
Giderim verimi (%) 98 98 93 83 92
Ataköy Deşarj kons. (mg/L) 11 7 46 9,1 1,6
Giderim verimi (%) 96 98 92 85 80
Büyükçekmece Deşarj kons. (mg/L) 3 3 36 9,4 0,7
Giderim verimi (%) 99 99 94 84 93
Çanta Deşarj kons. (mg/L) 4 4 37 9,1 0,9
Giderim verimi (%) 99 99 94 85 91
Paşaköy Deşarj kons. (mg/L) 8 5 41 11,8 0,7
Giderim verimi (%) 97 98 93 83 92
Selimpaşa Deşarj kons. (mg/L) 5 4 33 8,3 0,8
Giderim verimi (%) 98 98 94 83 92
Silivri Deşarj kons. (mg/L) 5 3 37 9,2 0,8
Giderim verimi (%) 99 99 94 85 92
Tuzla I Deşarj kons. (mg/L) 19 10 65 43,5 10,8
Giderim verimi (%) 97 97 92 33 28
Tuzla II Deşarj kons. (mg/L) 14 8 59 10,0 1,5
Giderim verimi (%) 98 98 93 85 90
Çizelge 6.6 ve Çizelge 6.7 karşılaştırıldığında, bütün tesislerin AKM, BOİ5 ve KOİ
çıkış suyu konsantrasyon limitlerini sağlayabileceği kabul edilmiştir. Tesislerin
hesaplanan deşarj TN konsantrasyonlarına bakıldığında, yalnızca Paşaköy tesisinin
TN değerinin deşarj limitinin üzerinde olduğu görülmektedir. Bunun sebebi, Paşaköy
tesisinin giriş TKN yükünün fazla olması olabilir. Tesislerin çıkış suyunda hesaplanan
TP konsantrasyonları incelendiğinde, Ataköy ve Tuzla II tesislerinin deşarj limitini
sağlamadığı göze çarpmaktadır. Deşarj limitlerinin sağlanamamasının sebebi, GPS-X
114
modeline girilen atıksu karakterizasyonunun, gerçek koşullara birebir kalibre
edilmemesi olabilir.
Şekil 6.2’de incelenen biyolojik atıksu arıtma tesislerinin GPS-X modeli kullanılarak
hesaplanan 2020 yılı deşarj karakterizasyonu verilmiştir. Biyolojik besi maddesi
gideriminin yapılmadığı Tuzla I tesisinde, çıkış suyundaki yüksek NO3-N
konsantrasyonu, tesiste yalnızca kısmi nitrifikasyon gerçekleştiğini işaret etmektedir.
Tesislerden salınması öngörülen 2020 yılı sera gazı emisyonu miktarları Çizelge
6.8’de verilmiştir. Atıksuyun biyolojik arıtımından kaynaklı CO2 emisyonu, Sera Gazı
Protokolü’ne göre biyojenik nitelikli olduğundan, Kapsam 1 raporlarına dahil
edilmemekte ve net emisyon miktarından düşülmektedir. Ayrıca Ataköy, Tuzla I ve
Tuzla II tesislerinde anaerobik çürütme sonucu geri kazanılan CH4 gazı tesis içinde
enerji eldesinde kullanıldığından, bu tesislerdeki CH4 emisyonunun büyük bir kısmı
(kaçak emisyon miktarı hariç) net emisyon miktarından düşülmektedir. Anaerobik
çürütmenin kullanıldığı bu 3 tesiste, biyojenik CO2 emisyonuna ek olarak, tesis içinde
çamurdan enerji eldesiyle tasarruf edilen fosil yakıt miktarının CO2 eşdeğeri kadar sera
gazı emisyonu kazanımı da söz konusudur ve bu CO2 emisyonu kazanımı net emisyon
miktarından düşülmektedir. Anaerobik çürütücüde CH4 ve CO2 emisyonu kazanımı
haricinde bir miktar N2O emisyonu kazanımı da olmaktadır. Bunun nedeni anaerobik
ortamda bir miktar N2O’nun N2’ye indirgenmesidir.
2020 yılında anaerobik çürütücü ve tesis içi enerji eldesinin olmadığı Ambarlı,
Büyükçekmece, Çanta, Paşaköy, Selimpaşa ve Silivri tesislerinde atıksu arıtımına
bağlı CH4 emisyonu sıfırdır ve net emisyon miktarı, atıksuyun biyolojik arıtımından
kaynaklı N2O emisyonuna eşittir.
GPS-X modeli, atıksu toplama kanalında oluşan ve tesise ulaşan CH4 gazının, tesisten
havalandırmalı kum tutucu ve ön çökeltim havuzlarından atmosfere salınımını ihmal
etmektedir.
115
Şekil 6.2: Biyolojik atıksu arıtma tesislerinin deşarj karakterizasyonu
116
2020 yılı nüfusları baz alınarak incelenen 9 AAT’den salınan Kapsam 1
çerçevesindeki net sera gazı potansiyeli toplamı 687.357 t CO2 eşd/yıl’dır (Çizelge
6.8). Çizelge 6.9’da tesislerden salınan birim CH4 ve N2O gazı emisyon potansiyelleri
verilmiştir. İncelenen 9 tesisin ortalama kişi başı N2O ve CH4 emisyon miktarları
sırasıyla 108 ve 15 kg CO2 eşd/kişi/yıl’dır. Tesis giriş azot yükü başına N2O emisyonu
ortalama (besi maddesi giderimi yapılmayan Tuzla I tesisi hariç) %9 N2O-N/Ngiriş
olarak hesaplanmıştır. Çamurdan biyogaz üretilen tesislerde, giriş KOİ yükü başına
CH4 emisyonu oranı ortalama %0,9’dur.
Tesislere özel birim sera gazı emisyon miktarları Şekil 6.3’te kişi başı ve Şekil 6.4’te
birim debi üzerinden verilmiştir.
Şekil 6.3 ve Şekil 6.4 incelendiğinde, biyolojik besi maddesi giderimi yapılmayan
Tuzla I tesisinin birim emisyon miktarının (137 kg CO2 eşd/kişi/yıl (639 kg CO2 eşd
/m3/yıl)) en yüksek olduğu görülmektedir. Tuzla I tesisi atıksu karakterizasyonu
incelendiğinde, TKN konsantrasyonunun diğer tesislerden görece yüksek ve çamur
yaşının diğer tesislerden görece düşük olduğu görülür. Şekil 3.5’te, nitrifikasyon
bölgesinde N2O emisyonunu etkileyen faktörlerden olan yüksek NH4-N
konsantrasyonunun ve düşük çamur yaşının, NO2-N konsantrasyonunu arttıracağı ve
buna bağlı olarak nitrifikasyonda N2O emisyonunun artacağı belirtilmektedir
(Kampschreur ve diğ, 2009). Bu nedenle, yüksek NH4-N yükü girişine bağlı artan
nitrifikasyon verimiyle ve görece düşük çamur yaşı ile (8 gün) Tuzla I tesisinde
nitrifikasyona bağlı N2O üretiminin diğer tesislerden fazla olduğu düşünülebilir.
Tuzla II tesisi 89 kg CO2 eşd/kişi/yıl (416 kg CO2 eşd/m3/yıl) ile en düşük birim sera
gazı emisyona sahiptir. Biyolojik besi maddesi giderimi yapılan 8 tesisin (Ambarlı,
Ataköy, Büyükçekmece, Çanta, Paşaköy, Selimpaşa, Silivri ve Tuzla II) birim sera
gazı emisyon miktarı ortalaması ise 108 kg CO2 eşd/kişi/yıl’dır (5046 kg CO2 eşd
/m3/yıl).
117
Çizelge 6.8: İstanbul’daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesisinin GPS-X modelinde 2020 yılı debi ve kirlilik yüküne göre Kapsam 1
çerçevesinde hesaplanan sera gazı emisyonu potansiyelleri
Ambarlı Ataköy Büyükçekmece Çanta Paşaköy Selimpaşa Silivri Tuzla I Tuzla II Toplam
CO2 Emisyonu t CO2 eşd/yıl 87.429 119.046 22.062 8.625 47.136 10.837 7.552 45.074 29.582 377.342
CH4 Emisyonu t CO2 eşd/yıl - 145.082 - - - - - 127.258 74.545 346.885
N2O Emisyonu t CO2 eşd/yıl 169.988 191.507 38.513 17.750 98.860 20.068 13.189 97.468 42.891 690.233
CO2 Ofset t CO2 eşd/yıl -87.429 -135458 -22.062 -8.625 -47.136 -10.837 -7.552 -60.180 -38.249 -415.221
CH4 Ofset t CO2 eşd/yıl - -128.645 - - - - - -113.661 -67.150 -309.456
N2O Ofset t CO2 eşd/yıl - -49 - - - - - -44 -26 -119
Net CO2 Emisyonu t CO2 eşd/yıl 0 -16.413 0 0 0 0 0 -15.106 -40.186
Net CH4 Emisyonu t CO2 eşd/yıl 0 16.438 0 0 0 0 0 13.597 37.429
Net N2O Emisyonu t CO2 eşd/yıl 169.988 191.457 38.513 17.750 98.860 20.068 13.189 97.424 690.114
Net t CO2 eşd/yıl 169.988 191.482 38.513 17.750 98.859 20.068 13.189 95.915 41.594 687.357
Çizelge 6.9: İstanbul’daki 9 büyük biyolojik atıksu arıtma tesislerinin GPS-X modelinde hesaplanan birim sera gazı potansiyelleri (2020 yılı debi
ve kirlilik yüküne göre)
Ambarlı Ataköy B.çekmece Çanta Paşaköy Selimpaşa Silivri Tuzla I Tuzla II Ortalama Toplam
Kişi başı N2O
emisyonu
kg N2O/kişi/yıl 0,37 0,38 0,44 0,47 0,46 0,36 0,43 0,52 0,35 0,41* 3,79
kg CO2 eşd/kişi/yıl 99 100 118 124 123 96 113 139 92 108* 1.003
Atıksu N yükü başına
N2O emisyonu
N2O-N/Ngiriş (%) %8,9 %8,1 %9,5 %9,9 %8,5 %9,3 %9,1 %10,3 %6,8 %9* -
Kişi başı CH4 emisyonu kg CH4/kişi/yıl - 0,31 - - - - - 0,69 0,57 0,52 1,57
kg CO2 eşd/kişi/yıl - 9 - - - - - 19 16 15 44
Atıksu KOİ yükü
başına CH4 emisyonu
CH4/KOİgiriş (%) - %0,7 - - - - - %1,1 %0,9 %0,9 -
* İleri biyolojik atıksu arıtma tesislerinin ortalaması (Ambarlı, Ataköy, B.çekmece, Çanta, Paşaköy, Selimpaşa, Silivri, Tuzla II)
118
Şekil 6.3: Biyolojik atıksu arıtma tesislerinin GPS-X modeliyle hesaplanan kişi başı sera gazı emisyonu potansiyellerinin karşılaştırılması
119
Şekil 6.4: Biyolojik atıksu arıtma tesislerinin birim debi başına sera gazı emisyon potansiyelleri yönünden karşılaştırılması
120
Biyolojik besi maddesi giderimi yapılan atıksu arıtma tesislerinden salınan sera gazı
emisyonunun tesis işletme koşulları, ani değişen hidrolik koşullar ve atıksu
karakterizasyonu ile ilgisini araştırmak üzere seçilen bir ileri biyolojik atıksu arıtma
tesisi GPS-X modelinde 4 farklı senaryo ile çalıştırılmıştır. Ambarlı İBAAT’nin 2.
Kademesi üzerinden yapılan çalışmada Senaryo 1’de çamur yaşının, Senaryo 2’de
havalandırma tanklarındaki çözünmüş oksijen konsantrasyonunun, Senaryo 3’te
atıksuyun KOİ/TKN oranının ve Senaryo 4’te tesise şok debi yüklemesinin sera gazı
emisyon miktarına etkisi araştırılmıştır. Şekil 6.5’te GPS-X modelinde oluşturulan
Ambarlı İBAAT 2. Kademe akım şeması verilmiştir.
Şekil 6.5: GPS-X modelinde oluşturulan Ambarlı İBAAT 2. Kademe akım şeması
Senaryo 1: Çamur yaşının sera gazı emisyonuna etkisi
Senaryo 1 çerçevesinde, Ambarlı İBAAT tasarım değerlerinden yalnızca
çamur yaşı değiştirilerek sera gazı emisyon miktarı hesaplanmıştır. Değişen
çamur yaşına bağlı olarak deşarj suyu kalitesi de incelenmiştir. Çamur yaşı 2,
5, 9 ve 18 gün olarak GPS-X modeline girilmiş ve çıkış suyu kalitesi ile
emisyon miktarı değişimi sırasıyla Şekil 6.6 ve Şekil 6.7’de verilmiştir.
121
Şekil 6.6: Çamur yaşının deşarj karakterizasyonuna etkisi
122
Şekil 6.7: Çamur yaşının Kapsam 1 net sera gazı emisyonu miktarına etkisi
Şekil 6.6 ve Şekil 6.7 incelendiğinde, çamur yaşı 2 gün iken tesiste azot gideriminin
gerçekleşmediği ve buna bağlı olarak N2O emisyonun olmadığı görülmektedir. Çamur
yaşı 5 gün iken azot gideriminin sağlandığı, dolayısıyla sistemden N2O emisyonun
olduğu ve çamur yaşı arttırıldığında da, artan azot giderimiyle N2O emisyonunun
azaldığı görülmektedir. Ototrofik nitrifikasyon bakterilerinin büyüme hızı karbon
giderimi yapan heterotrofik bakterilerinkinden daha yavaş olduğundan, azot
gideriminin gerçekleşebilmesi için çamur yaşının nitrifikasyon bakterilerine göre
belirlenmesi gerekmektedir ve buna bağlı olarak çamur yaşı arttıkça sistemin azot
giderim verimi de artmaktadır.
Senaryo 2: Havalandırma tanklarındaki çözünmüş oksijen seviyesinin sera gazı
emisyonuna etkisi
GPS-X modelinde havalandırma tanklarındaki çözünmüş oksijen seviyesi ön
tanımlı olarak 2 mg/L’ye ayarlanmıştır ve tez çalışması boyunca bütün
simülasyonlarda bu değer kullanılmıştır. Senaryo 2 kapsamında, tesisin çamur
yaşı değiştirilmeden, aerobik tanktaki çözünmüş oksijen konsantrasyonunun
0,5 mg/L, 1,0 mg/L, 1,5 mg/L, 2 mg/L ve 3,0 mg/L olduğu durumlar için sera
gazı emisyonları hesaplanmıştır. Aerobik tanklardaki çözünmüş oksijen
konsantrasyonuna bağlı olarak değişen deşarj kalitesi ve sera gazı emisyon
miktarları Şekil 6.8 ve Şekil 6.9’da verilmiştir. Şekil 6.10’de ise havalandırma
123
tankı çözünmüş oksijen seviyesinin biyolojik tanklardan N2O emisyonuna
etkisi gösterilmiştir.
Şekil 6.8: Havalandırma tankı ÇO konsantrasyonunun deşarj karakterizasyonuna
etkisi
124
Şekil 6.9: Havalandırma tankı ÇO konsantrasyonunun Kapsam 1 net sera gazı
emisyonu miktarına etkisi
Şekil 6.10: Havalandırma tankı ÇO konsantrasyonunun biyolojik tanklardan
doğrudan N2O gazı emisyonuna etkisi
Şekil 6.8’den görüleceği üzere, havalandırma tankındaki çözünmüş oksijen seviyesi
0,5 mg/L’den 3 mg/L’ye arttırıldığında, artan nitrifikasyon ile NO3-N konsantrasyonu
125
artmakta ve AOB bakterilerinin denitrifikasyonunu da engelleyerek N2O emisyonunu
azalmaktadır. Şekil 6.10’de, havalandırma tankındaki çözünmüş oksijen
konsantrasyonu arttığında, aerobik nitrifikasyon havuzunda artan nitrifikasyon
nedeniyle N2O emisyonu azalmıştır. Burada havalandırmaya bağlı artan çözünmüş
oksijen seviyesi, son çökeltim tankından anaerobik tanka geri devir akımıyla anaerobik
ile anoksik tanklarda çözünmüş oksijen seviyesinin artmasına ve bu tanklarda kısmi
nitrifikasyona sebep olduğu söylenebilir çünkü deşarjda NO2-N konsantrasyonu artan
çözünmüş oksijen seviyesiyle azalmaktadır. Ayrıca anoksik tanktan N2O emisyonunun
artmasının bir başka sebebi, tankta çözünmüş oksijen konsantrasyonunun artması ile
denitrifikasyonda N2O indirgeyici enzimleri inhibe olmasıdır.
Senaryo 3: Atıksu KOİ/TKN oranının sera gazı emisyonuna etkisi
Senaryo 3 kapsamında KOİ/TKN oranı KOİ konsantrasyonu, çamur yaşı ve
havalandırma tankındaki çözünmüş oksijen konsantrasyonu sabit tutularak ve
sadece giriş TKN konsantrasyonu değiştirilerek 7, 9, 11, 13 ve 15 olacak
şekilde GPS-X modeline girilmiştir. KOİ/TKN konsantrasyonuna bağlı olarak
değişen deşarj kalitesi ve sera gazı emisyonu değişimleri Şekil 6.11 ve Şekil
6.12’de verilmiştir.
126
Şekil 6.11: KOİ/TKN oranının deşarj karakterizasyonuna etkisi
127
Şekil 6.12: KOİ/TKN oranının Kapsam 1 net sera gazı emisyonu miktarına etkisi
Şekil 6.11 ve Şekil 6.12 incelendiğinde, giriş TKN değeri azaltılıp KOİ/TKN oranı
arttırıldığında, azot giderim verim artmaktadır ve deşarj TN konsantrasyonu ile sera
gazı emisyonun azaldığı görülmektedir. Deşarjdaki NO3-N konsantrasyonunun artan
KOİ/TKN oranıyla azalması, denitrifikasyon veriminin de KOİ/TKN oranıyla doğru
orantılı olduğunu göstermektedir.
Senaryo 4: Şok debi yüklemesi
Tesislerin aşırı yağışlı mevsimlerde tasarım debisinin üzerinde debiye kısa süreli
maruz kalmaları durumunda tesisten salınan sera gazı emisyonu miktarını incelemek
üzere, Ambarlı tesisine 7-8 saat süreyle tasarım debisinin %50 fazlasının geldiği
durum GPS-X modelinde tanımlanmıştır. Sonuçlar Şekil 6.13’te verilmiştir.
Şekil 6.13 incelendiğinde, Ambarlı İBAAT’ne 2. Kademe tasarım debisinden %50
fazla bir debi girişi olduğunda, artan debiye paralel olarak deşarj KOİ, TN ve TP
konsantrasyonları ile tesis sera gazı emisyonunda artış olduğu görülmektedir. Debi
normale döndüğünde deşarj parametreleri ile emisyon miktarı da şok debi yüklemesi
öncesi seviyelerine geri dönmektedir.
128
Şekil 6.13: Şok debi girişinin deşarj karakterizasyonuna ve sera gazı emisyonuna
etkisi
6.3. IPCC (2006) Rehberi ile GPS-X Modeli Sonuçlarının Karşılaştırmalı Analizi
IPCC (2006) Rehberi ve GPS-X modeli sonuçlarının karşılaştırması Çizelge 6.10’da
verilmiştir. İki yöntem ile hesaplanan CH4 emisyon miktarlarına bakıldığında, IPCC
(2006) Rehberine göre tesislerden salınan CH4 emisyon miktarının GPS-X yöntemine
göre salınan miktardan oldukça fazla olduğu görülmektedir. GPS-X modeliyle toplam
CH4 emisyon miktarı 44 kg CO2 eşd/kişi/yıl iken, IPCC (2006) yönteminde bu değer
252 kg CO2 eşd/kişi/yıl olarak hesaplanmıştır. GPS-X modelinde tesislerde meydana
gelen net CH4 emisyonunun, anaerobik çürütücülerde üretilen CH4 gazının ~0,1’inin
ünitelerden kaçak olarak atmosfere salındığı kabul edilmektedir. IPCC (2006)
Rehberinde CH4 gazı emisyon faktörü 0,20 kg CH4/kg KOİ’dir. GPS-X modelinde,
CH4 geri kazanımı ile tasarruf edilen fosil yakıt miktarına bağlı olarak, net emisyondan
çıkarılan emisyon miktarı toplam 49 kg CO2 eşd/kişi/yıl’dır.
129
Çizelge 6.10: IPCC (2006) Rehberi ve GPS-X modeli sonuçlarının karşılaştırması
GPS-X IPCC
Kişi başı net CO2
emisyonu*
Kişi başı net CH4
emisyonu
Kişi başı net N2O
emisyonu
Toplam birim Kişi başı net CH4
emisyonu
Kişi başı net
doğrudan N2O
emisyonu
Toplam birim
kg CO2/kişi/yıl kg CO2 eşd/kişi/yıl kg CO2 eşd/kişi/yıl kg CO2 eşd/kişi/yıl kg CO2 eşd/kişi/yıl kg CO2 eşd/kişi/yıl kg CO2 eşd/kişi/yıl
Ambarlı - - 99 99 1,8 1,1 3
Ataköy -9 9 100 100 54,1 1,1 55
B.çekmece - - 118 118 2,4 1,1 3
Çanta - - 124 124 2,0 1,1 3
Paşaköy - - 123 123 2,1 1,1 3
Selimpaşa - - 96 96 1,8 1,1 3
Silivri - - 113 113 2,3 1,1 3
Tuzla I -22 19 139 137 95,3 1,1 96
Tuzla II -19 16 92 89 90,2 1,1 91
Toplam -49 44 1.003 998 252 10 260
*CH4 geri kazanımının olduğu tesislerde, tasarruf edilen fosil yakıt miktarına bağlı olarak net emisyondan çıkartılan sera gazı miktarları
130
Anaerobik çürütücüde 1 kg KOİ’nin giderilmesinden 0,35 m3 CH4 gazı (0,35 m3∗0,668
kg/m3=0,23 kg CH4) elde edilmektedir (Öztürk, 2007). Anaerobik çürütücü ünitesine
giren KOİ’nin %50’sinin biyolojik olarak çürütüldüğü kabul edildiğinde emisyon
faktörü 0,12 kg CH4/kg KOİ, KOİ’nin %70’i giderildiğinde emisyon faktörü 0,16 kg
CH4/kg KOİ olmaktadır. IPCC (2006) Rehberinde tanımlanan 0,20 kg CH4/kg KOİ
emisyon faktörü ise anaerobik çürütücüye gelen KOİ’nin %86’sının giderilmesiyle
elde edilebilmektedir ve bu oran arıtma çamuru karakteristiğine uygun değildir. Bu
nedenle, IPCC (2006) Rehberinde tanımlanan emisyon faktörü gerçek koşullarda elde
edilen çürütme verimine göre oldukça yüksek kalmaktadır. Çizelge 6.11’de, anaerobik
çürütme yapılan Ataköy, Tuzla I ve Tuzla II tesislerinin CH4 emisyon faktörü,
Hollanda’da yer alan tam ölçekli atıksu arıtma tesisinde yapılan ölçümler ve Hollanda
Şehir, Bölge Planlama ve Çevre Bakanlığı (VROM) tarafından belirlenen emisyon
faktörü ile karşılaştırılmıştır. Arıtma çamurunun anaerobik çürütüldüğü tam ölçekli
atıksu arıtma tesisinde (Kralingseveer AAT, Hollanda) yapılan ölçümlerde CH4
emisyon faktörü %1,13 kg CH4/kg KOİgiriş olarak verilmiştir. VROM tarafından
belirlenen anaerobik çürütmenin yapıldığı A2O tesisleri için CH4 emisyon faktörü ise
%0,85 kg CH4/kg KOİgiriş’tir (Daelman ve diğ, 2012).
Çizelge 6.11: Çalışmada hesaplanan CH4 emisyon faktörü ile literatür değerlerinin
karşılaştırılması
CH4 emisyon faktörü (kg CH4/kg KOİgiriş (%))
IPCC (2006)
Rehberi
GPS-X Tam ölçekli atıksu arıtma tesisi
(Daelman ve diğ, 2012)
Ataköy %4,1 %0,7
- Tuzla I %5,2 %1,1
Tuzla II %4,9 %0,9
Kralingseveer - - %1,13
VROM - - %0,85
Çizelge 6.11 incelendiğinde, anaerobik çürütmenin yapıldığı Ataköy, Tuzla I ve Tuzla
II tesisleri için IPCC (2006) Rehberi ile hesaplanan CH4 emisyon faktörlerinin GPS-
X modeli ile hesaplanan değerlerden ve tam ölçekli ölçüm sonuçları ile VROM
tarafından belirlenen emisyon faktörü değerinden fazla olduğu görülmektedir. IPCC
(2006) sonuçlarını GPS-X sonuçlarına yaklaştırmak için yapılan iterasyon hesapları
ile maksimum CH4 üretim kapasitesinin 0,16-0,18 kg CH4/kg KOİ aralığında olması
131
gerektiği sonucuna varılmıştır. Yeni maksimum CH4 üretim kapasitesi ile yapılan
hesap sonuçları Çizelge 6.12’de verilmiştir.
Çizelge 6.12: IPCC (2006) Rehberi hesaplarında maksimum CH4 üretim kapasitesi
0,17 kabul edildiğinde, anaerobik çürütme yapılan tesislerde elde edilen emisyon
faktörleri
CH4 emisyon faktörü (kg CH4/kg KOİgiriş (%))
Ataköy %1,2
Tuzla I %0,7
Tuzla II %0,8
Ortalama %0,9
Çizelge 6.12’de görüldüğü gibi, IPCC (2006) Rehberi hesaplarında maksimum CH4
üretim kapasitesi 0,25 kg CH4/kg KOİ yerine 0,17 kg CH4/kg KOİ alındığında,
anaerobik çürütmenin yapıldığı tesisler için hesaplanan emisyon faktörleri literatürle
uygundur.
İki yöntem doğrudan N2O emisyon miktarı yönünden karşılaştırıldığında, GPS-X
modeliyle hesaplanan birim emisyon miktarının (toplam 1.003 kg CO2 eşd/kişi/yıl),
IPCC (2006) Rehberine göre hesaplanan miktardan (toplam 10 kg CO2 eşd/kişi/yıl)
fazla olduğu görülmektedir. Farkın bu kadar fazla olmasının sebebi, IPCC (2006)
Rehberinde nitrifikasyon ve denitrifkasyona bağlı N2O emisyon faktörü değerinin (3,2
g N2O/kişi/yıl) birincil arıtıma bağlı kısmi nitrifikasyon yapılan tesislerdeki
ölçümlerden elde edilen değer olmasıdır.
IPCC (2006) Rehber yöntemi ve GPS-X modeli ile hesaplanan ortalama (besi maddesi
giderimi yapılmayan Tuzla I hariç) birim N2O emisyon miktarları sırasıyla %0,09 ve
%9 N2O-N/Ngiriş’tir (Çizelge 6.4 ve Çizelge 6.9). Literatürde (Çizelge 3.3), BNR
tesislerinden birim N2O emisyonunun %0,003-25 N2O-N/N yükü aralığında olduğu
verilmiştir (Law ve diğ, 2012). Çalışmada hesaplanan birim N2O emisyon değerleri
literatür değerleriyle karşılaştırıldığında, her iki yöntemin de literatür aralığında
olduğu görülmektedir. Ancak IPCC (2006) Rehberinde önerilen 3,2 g N2O/kişi/yıl
emisyon faktörü yerine, biyolojik besi maddesi giderimi yapılan tesisler için daha
uygun bir emisyon faktörünün kullanılması uygun olacaktır.
Tesislere özgü sera gazı emisyonunu sahada ölçmenin gerçeğe en yakın değeri
vereceği düşünülmektedir.
132
133
7. SONUÇ VE ÖNERİLER
Çalışma kapsamında, İstanbul’daki Ambarlı, Ataköy, Büyükçekmece, Çanta, Paşaköy,
Selimpaşa, Silivri ve Tuzla II ileri biyolojik atıksu arıtma tesisi ile Tuzla I biyolojik
atıksu arıtma tesislerinin sera gazı emisyon potansiyelleri, 2020 yılı debi ve kirlilik
yükü verileri baz alınarak, IPCC (2006) Rehberine göre ve GPS-X modeli ile tahmin
edilmiştir.
Ambarlı İBAAT’nin 2. Kademesi, emisyon miktarı için kritik olan giriş KOİ/TKN
oranı, tesis çamur yaşı, havalandırma havuzundaki çözünmüş oksijen seviyesi ve tesise
şok debi girişi açısından GPS-X modelinde ayrıca değerlendirilmiştir. Bu çerçevede,
KOİ/TKN oranı sadece TKN değeri ile değiştirilerek atıksu KOİ/TKN oranının
tesislerden doğrudan sera gazı emisyonuna olası etkisi incelenmiştir. Tesis çamur yaşı
ve havalandırma havuzundaki çözünmüş oksijen seviyesi değiştirilerek, tesis işletme
şartlarının, tesisten doğrudan sera gazı emisyonu değişimi incelenmiştir. Şok debi
yüklemesi ise, tesisin iklim şartları nedeniyle aniden maruz kalacağı hidrolik yük ve
kirlilik yükü artışı koşulların doğrudan sera gazı emisyonuna etkisini incelemek üzere
GPS-X modelinde denenmiştir.
7.1. IPCC (2006) Rehber Yöntemi ve GPS-X Modeli Sonuçlarının
Karşılaştırılması
Tez kapsamında incelenen İstanbul’daki 9 büyük atıksu arıtma tesislerinden
kaynaklanan sera gazı tahmini çalışmasında, GPS-X modeli kullanılarak hesaplanan
sera gazı emisyonu miktarı ile IPCC (2006) Rehberine göre hesaplanan değerler
karşılaştırılmış ve iki yöntem arasındaki farkın oldukça fazla olduğu görülmüştür.
IPCC (2006) Rehberine göre tesislerin toplam doğrudan N2O ve CH4 emisyon
potansiyelleri sırasıyla 6.779 ve 218.593 t CO2 eşd/yıl, hesaplanan toplam sera gazı
emisyonu ise 225.372 t CO2 eşd/yıl’dır. İstanbul’daki 9 tesisin GPS-X modeli
kullanılarak hesaplanan toplam N2O ve CH4 emisyon potansiyelleri sırasıyla 690.114
ve 37.429 t CO2 eşd/yıl’dır. GPS-X modeline göre anaerobik çürütücüde geri
kazanılan CH4 ile tasarruf edilen fosil yakıt miktarına bağlı, net sera gazı
134
emisyonundan çıkarılacak emisyon miktarı toplam 40.186 t CO2 eşd/yıl’dır.
Hesaplanan toplam sera gazı emisyonu miktarı ise 687.357 t CO2 eşd/yıl’dır.
IPCC (2006) Rehberiyle hesaplanan N2O emisyon değerinin GPS-X modeli
sonuçlarından az olmasının sebebi, hesaplarda kullanılan nitrifikasyon ve
denitrifkasyona bağlı N2O emisyon faktörü değerinin (3,2 g N2O/kişi/yıl (Czepiel ve
diğ, 1995)) birincil arıtıma bağlı kısmi nitrifikasyon yapılan tesislerdeki ölçümlerden
elde edilen değer olması ve nitrifikasyon/denitrifikasyon mekanizmalarının N2O
emisyonuna etkisini yansıtmamasıdır. GPS-X modeli ile hesaplanan N2O emisyon
miktarı, N2O üretiminde rol oynayan nitrifikasyon ve denitrifikasyon mekanizmalarını
içermektedir.
IPCC (2006) Rehberine göre biyolojik arıtma tesislerinden kaynaklanan CH4 gazı
emisyonu miktarı, GPS-X modeli ile hesaplanan değerden daha azdır. GPS-X
modelinde salınan CH4 emisyonu miktarı olarak, anaerobik çürütücüde üretilen CH4
miktarının ~0,1’inin atmosfere kaçmasından kaynaklandığı ve biyolojik arıtma
tanklarından CH4 emisyonu olmadığı kabul edilmektedir. IPCC (2006) Rehberinde
tanımlanan maksimum CH4 üretim kapasitesi (0,25 kg CH4/kg KOİ), organik
maddenin optimum şartlarda en yüksek verim ile anaerobik olarak çürütülmesinden
oluşacak CH4 miktarını verdiğinden, bu yöntem ile hesaplanan CH4 emisyon faktörü
değerleri literatür değerlerinden fazla çıkmaktadır (Çizelge 6.11). Hesaplarda
kullanılan maksimum CH4 üretim kapasitesi 0,16-0,18 kg CH4/kg KOİ aralığında
alındığında, elde edilen CH4 emisyon faktörü değerlerinin (Çizelge 6.12) literatür ile
uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır.
IPCC (2006) Rehberine göre N2O emisyon faktörü %0,09 N2O-N/Ngiriş, GPS-X
modeline göre %9 N2O-N/Ngiriş’tir. Literatürde biyolojik besi maddesi giderimi
yapılan tam ölçekli tesislerden elde edilen sonuçlarda emisyon faktörleri %0,003-25
N2O-N/Ngiriş aralığındadır (Law ve diğ, 2012). Çalışmada elde edilen sonuçlar,
literatürde verilen aralıkta yer almaktadır. Buna rağmen, IPCC (2006) Rehberinde
önerilen 3,2 g N2O/kişi/yıl emisyon faktörü yerine, biyolojik besi maddesi giderimi
yapılan tesisler için daha uygun bir emisyon faktörünün kullanılması önerilmektedir.
Atıksu arıtma tesislerinden kaynaklanan doğrudan sera emisyonu miktarı tahmininde,
tesis ölçeğinde gerçekçi sonuçlar almak için daha güncel bilgiler içeren matematiksel
modellerinin kullanılması, ancak makro ölçekli sonuçlar alınmak istendiğinde
hesaplaması kolay ve veri ihtiyacı az olan IPCC (2006) Rehberi yönteminin tercih
135
edilmesi önerilmektedir. IPCC (2006) Rehberi kullanılırken, hesaplarda gerçeği
yansıtan emisyon faktörlerinin kullanılması önemlidir. Tesislerden salınan sera gazı
emisyonuna sebep olan mekanizmalar ve emisyon miktarını etkileyen faktörler
hakkındaki sahip olunan bilgiler sera gazı emisyonunu yüksek doğrulukta tahmin
etmeye yeterli olmadığından, emisyonları gerçeğe en yakın şekilde belirlemenin yolu,
emisyonu tesislerde ölçmektir.
7.2. Atıksu Özellikleri ve Sera Gazı Emisyon Miktarı Arasındaki İlişki
Çizelge 6.5’te verilen tesis giriş suyu özellikleri ve Şekil 6.3 ile Şekil 6.4’te verilen
birim sera gazı emisyon miktarları karşılaştırıldığında, Tuzla I tesisinde en yüksek
birim sera gazı emisyonunun olmasının nedeni olarak, atıksudaki yüksek organik
madde ve azot varlığı ile ikinci kademe arıtmayla azot gideriminin yapılmaması
gösterilebilir.
Tuzla I tesisi için GPS-X modelinde hesaplanan deşarj karakterizasyonuna
bakıldığında tesiste kısmi nitrifikasyonun gerçekleştiği, buna bağlı olarak N2O
emisyonunun görece fazla olduğu görülmektedir. Tuzla I tesisinin giriş TKN
konsantrasyonu (65 mg/L) diğer tesislerinkinden görece daha yüksektir ve tesisin
çamur yaşı (8 gün) diğer tesislerden daha düşüktür (Çizelge 6.5). Kampschreur ve diğ.
(2009), yüksek NH4-N konsantrasyonunun ve düşük çamur yaşının, NO2-N
konsantrasyonunu arttıracağı ve buna bağlı olarak nitrifikasyonda N2O emisyonunun
da artacağını belirtmişlerdir (Şekil 3.5). Tesise yüksek NH4-N girişi olduğunda,
nitrifikasyon sonucunda yüksek NO2-N konsantrasyonuna rastlanmaktadır. AOB’ler,
oksijen azlığında e- alıcı olarak NO2-N’i kullanmakta ve denitrifkasyon
yapmaktadırlar. Nitrifikasyon tankında NO2-N konsantrasyonu yüksek olduğunda,
AOB’lerin denitrifikasyon faaliyetleri de artmakta ve N2O gazı oluşmaktadır.
Tuzla I tesisi hariç diğer 8 tesiste N, P giderimli ileri biyolojik arıtma uygulandığından,
atıksu karakterizasyonunun birim sera gazı emisyonu miktarına etkisi üzerine yorum
yapılabilmektedir. Tuzla II tesisi en düşük birim sera gazı emisyonuna 89 kg CO2
eşd/kişi/yıl (416 kg CO2 eşd/yıl/m3) sahiptir. Selimpaşa tesisi ise 96 kg CO2 eşd/kişi/yıl
(448 kg CO2 eşd/yıl/m3) birim emisyon ile ikinci en düşük emisyona sahiptir. En
yüksek birim sera gazı emisyonu 124 kg CO2 eşd/kişi/yıl (577 kg CO2 eşd/yıl/m3) ile
Çanta ve 123 kg CO2 eşd/kişi/yıl (573 kg CO2 eşd/yıl/m3) ile Paşaköy tesislerine aittir.
Bu bilgiler ışığında tesislerin giriş atıksu karakterizasyonu incelendiğinde, Tuzla II ile
136
Selimpaşa tesislerinin KOİ/TKN oranının (sırasıyla 12,9 ve 12) diğer tesislerden daha
yüksek olduğu ve Paşaköy tesisinin KOİ/TKN oranının (8,6) en düşük olduğu
görülmektedir. Denitrifikasyon bölgesinde düşük KOİ/TKN oranı, ortamda karbonun
limitleyici faktör olmasına sebep olarak denitrifikasyonu etkilemekte ve reaksiyondan
N2O emisyonunu arttırmaktadır (Kampschreur ve diğ, 2009). Bu durumda yüksek
KOİ/TKN oranın birim sera gazı emisyonunu azalttığı veya düşük KOİ/TKN oranının
birim sera gazı emisyonunu arttırdığı söylenebilir.
Çalışmada incelenen Senaryo 3 sonuçları, KOİ/TKN oranı düşük olduğunda ortamda
karbonun limitleyici faktör olduğunu ve bunun sonucu olarak N2O emisyonunun
arttığını göstermektedir. Bu sonuç, literatürde yer alan bilgilerle de örtüşmektedir.
Kentsel bölgelerde su tasarrufu sağlamak amacıyla banyo ve tuvaletlerde kullanılan su
miktarının azaltılması, atıksu karakterizasyonunda TKN konsantrasyonunun
artmasına ve KOİ/TKN oranının azalmasına sebep olabilir. Bunun gibi doğrudan sera
gazı emisyonunu arttıran koşullarla karşılaşıldığında, atıksu arıtma tesisinde varsa ön
çökeltimi azaltarak KOİ/TKN oranını nitrifikasyonu ve denitrifikasyonu
etkilemeyecek seviyede tutmaya çalışmak veya dışarıdan karbon ilavesi yapmak
önerilmektedir.
7.3. Çamur Yaşının Sera Gazı Emisyonuna Etkisi
Aynı giriş suyu karakterizasyonu ve arıtma konfigürasyonuna sahip fakat farklı çamur
yaşlarında işletilen Çanta ve Silivri tesisleri karşılaştırıldığında, çamur yaşı 20 gün
olan Silivri tesisinin çamur yaşı 10 olan Çanta tesisinden daha az birim sera gazı
emisyonuna sahip olduğu görülmektedir (Şekil 6.3). Ototrofik nitrifikasyon
bakterilerinin büyüme hızı heterotrofik karbon gideren baterilerden yavaş olduğundan,
artan çamur yaşı ile azot giderimi artmakta ve tamamlanan nitrifikasyon bağlı olarak
tanktaki NO2-N konsantrasyonu birikmesi önlendiğinde, doğrudan N2O emisyonu da
azalmaktadır (Kampschreur ve diğ, 2009). Bu durumda artan çamur yaşının doğrudan
sera gazı emisyonu miktarını azalttığı söylenebilir.
Senaryo 1 sonuçları incelendiğinde de, artan çamur yaşının sera gazı emisyonunu
göreceli olarak azalttığı görülmektedir. Bu bilgi ışığında, atıksu arıtma tesislerinden
doğrudan sera gazı emisyonu azaltılmak istendiğinde çamur yaşının nitrifikasyonun
tamamlanması için gereken süre kadar uzun tutulması önerilmektedir.
137
7.4. Havalandırma Havuza Çözünmüş Oksijen Seviyesinin Sera Gazı
Emisyonuna Etkisi
Senaryo 2 sonuçları incelendiğinde (Şekil 6.8, Şekil 6.9 ve Şekil 6.10), aerobik
tanktaki çözünmüş oksijen seviyesinin artmasıyla tesis deşarjında NO3-N
konsantrasyonun arttığı görülmektedir. Bunun sebebi hem artan oksijen ile
nitrifikasyon veriminin artması ile NO2-N’in NO3-N’e oksitlenmesi, hem de geri devir
ile anaerobik ve anoksik tanka oksijen girişiyle kısmi anoksik bölge oluşturularak
denitrifikasyonun inhibe edilmesidir. Ayrıca oluşan kısmi anoksik bölgelerde, kısmi
nitrifikasyon da N2O emisyonunu arttırabilmektedir.
Azot gideriminin yapıldığı tesislerde N2O emisyonundan çoğunlukla AOB’lerin
(Amonyum Oksitleyici Bakteri) sorumlu olduğu bilinmektedir (Wunderlin ve diğ,
2012). AOB’ler aerobik koşullarda nitrifikasyon reaksiyonuyla NH4+’yı NO2
-‘e
oksitlerken enerji elde ederler ve bu reaksiyon zincirinde N2O ara ürün olarak
oluşmaktadır. Nitrifikasyonda AOB’ler tarafından üretilen N2O miktarı, yüksek NH4+
ve düşük NO2- konsantrasyonuyla artmaktadır. Düşük O2 konsantrasyonunda, ortamda
yeterince NO2- konsantrasyonu olduğunda ise AOB’ler NO2
-‘i e- alıcı olarak kullanıp
kısmi denitrifikasyon yapmaktadırlar (Talleca ve diğ, 2006). AOB’lerin bünyesinde
N2O indirgeyici enzim bulunmadığından, bu tür denitrifikasyonda N2O’in son ürün
olduğu söylenebilir (Goreau ve diğ, 1980; Law ve diğ, 2012).
Şekil 6.10’de çözünmüş oksijen konsantrasyonu arttıkça, nitrifikasyon havuzunda
AOB denitrifikasyonu ve doğrudan sera gazı emisyonunun azaldığı görülmektedir.
Nitrifikasyon bölgesinden sera gazı emisyonunu azaltmak için, tankta AOB
denitrifikasyonunu engelleyecek kadar çözünmüş oksijen konsantrasyonunun
bulunması önemlidir. Ancak gereğinden çok fazla havalandırma, denitrifikasyon
bakterilerinin inhibisyonuna ve ardından kısmi denitrifikasyonda indirgenememiş
çözünmüş N2O gazının aerobik tanka taşınarak, havalandırma yardımıyla atmosfere
salınmasına sebep olabilir. Ayrıca fazla havalandırma sonucu geri devir ile anaerobik
biyofosfor tankına iletilen çözünmüş oksijen fosfor giderimi de olumsuz
etkileyecektir. Bu nedenle tesisler aerobik bölgede oksijen seviyesi optimum olacak
şekilde (<3 mg/L) işletilmelidir. Ayrıca tesiste anlık N2O gazı emisyonunun ölçülmesi,
tesisin işletme verimliliği hakkında fikir verebilir.
138
139
KAYNAKLAR
AF. (2016). About the Adaptation Fund. Adaptation Fund. Retrieved October 15,
2016, from https://www.adaptation-fund.org/about/
Bachmann, N. (2015). Publications of Task 37: Technical reports. Sustainable biogas
production in municipal wastewater treatment plants. Retrieved
November, 2016, from http://www.iea-biogas.net/files/daten-
redaktion/download/Technical%20Brochures/Wastewater_biogas_gre
y_web-1.pdf
Boucher O. J. H. (2001). Radiative Forcing of Climate Change: In Climate Change
2001: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to
the Third Assessment Report of the IPCC. Cambridge: Cambridge
University Press.
Czepiel, P., Crill, P., & Harris, R. (1995). Nitrous oxide emissions from municipal
wastewater treatment. Environmental Science and Technology, 2352-
2356.
Czepiel, P., Patrick, M., & Harris, R. (1993). Methane emissions from municipal
wastewater treatment processes. Environmental Science and
Technology, 27(12), 2472-2477.
ÇOB. (2004). Su Kirliliği ve Kontrolü Yönetmeliği. Mevzuat Bilgi Sistemi Web Sitesi
Erişim: 20 Ekim, 2016,
http://mevzuat.basbakanlik.gov.tr/Metin.Aspx?MevzuatKod=7.5.7221
&sourceXmlSearch=&MevzuatIliski=0
ÇOB. (2006). Kentsel Atıksu Arıtımı Yönetmeliği. Mevzuat Bilgi Sistemi Web Sitesi
Erişim: 20 Ekim, 2016
http://mevzuat.basbakanlik.gov.tr/Metin.Aspx?MevzuatKod=7.5.9844
&sourceXmlSearch=&MevzuatIliski=0
ÇŞB. (2011). İklim Değişikliği Ulusal Eylem Planı. Ankara: T.C. Çevre ve Şehircilik
Bakanlığı.
ÇŞB. (2013). Türkiye İklim Değişikliği 5. Bildirimi. Ankara: T.C. Çevre ve Şehircilik
Bakanlığı.
ÇŞB. (2015). Atıksu Arıtımı Eylem Planı. Ankara: T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı.
ÇŞB. (2016). Türkiye İklim Değişikliği 6. Bildirimi. Ankara: T.C. Çevre ve Şehircilik
Bakanlığı, Çevre Yönetimi Genel Müdürlüğü.
140
Daelman, M., van Voorthuizen, E., van Dongen, U., Volcke, E., & van Loosdrecht,
M. (2012). Methane emission during municipal wastewater treatment.
Water Research, 46, 3657-3670.
DB. (2016). Birleşmiş Milletler; İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi (BMIDÇS) ve
Kyoto Protokolü; T.C. Dışişleri Bakanlığı Web Sitesi Erişim: 11 Ekim,
2016, http://www.mfa.gov.tr/birlesmis-milletler_iklim-degisikligi-
cerceve-sozlesmesi-_bmidcs_-ve-kyoto-protokolu-_.tr.mfa
Dereli, R. K. (2006). Evsel Organik Katı Atıklar ve Arıtma Tesisi Çamurlarının
Birlikte Anaerobik Arıtımının Modellenmesi. (Yüksek lisans tezi).
İstanbul: İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
EPA. (2015). Climate Change Indicators in the United States: Atmospheric
Concentrations of Greenhouse Gases. Retrieved June, 2016, from
https://www3.epa.gov/climatechange/pdfs/print_ghg-concentrations-
2015.pdf
Erdoğan, M. (2015). Çevresel Tesislerden Kaynaklanan Sera Gazı Emisyonlarının
Hesaplanması. (Yüksek lisans tezi). İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen
Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
ETKB. (2016). Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü: Finansman. T.C. Enerji ve
Tabii Kaynaklar Bakanlığı Web Sitesi Erişim: 11 Ekim, 2016,
http://www.eie.gov.tr/iklim_deg/finansman.aspx
EU. (2016). Paris Agreement. European Comission Climate Action Web Site Retrived
October 15, 2016, from
http://ec.europa.eu/clima/policies/international/negotiations/paris/inde
x_en.htm
Foley, J., de Haas, D., Yuan, Z., & Lant, P. (2010). Nitrous oxide generation in full-
scale biological nutrient removal wastewater treatment plants. Water
Research, 44(3), 831-844.
GEF. (2016, Ekim 14). Funding. Green Environment Facility Web Site Retrieved
from http://www.thegef.org/about/funding
Goreau, T., Kaplan, W., Wofsy, S., McElroy, M., Valois, F., & Watson, S. (1980).
Production of NO2- and N2O by nitrifying bacteria at reduced
concentrations of oxygen. Applied and Environmental Microbiology,
40(3), 526-532.
GWRC. (2011). N2O and CH4 emission from wastewater collection and treatment
systems: Technical report. London: Global Water Research Coalition.
GWRC. (2016). GPS-X Technical Reference - V.6.5. Canada: Hydromantis
Environmental Software Solutions, Inc.
141
GWRC. (1999). Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National
Greenhouse Gas Inventories Background Paper: CH4 and N2O
emissions from wastewater handling. Sao Paulo: IPCC. Retrieved from
http://www.ipcc-
nggip.iges.or.jp/public/gp/bgp/5_2_CH4_N2O_Waste_Water.pdf
Hydromantis. (2013). Webinar: Introduction to GPS-X Greenhouse Gas (GHG) and
Carbon Footprint (CF) module [Educational video]. Retrieved from
https://www.youtube.com/watch?v=6OZ2_kb840k&list=PLhan9pNnj
Flyt4HUgjn5xVmUMihWea1E8&t=1711s&index=37
IPCC. (2006). 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Emissions
Inventories. Japonya: Institute for Global Environmental Strategies.
IPCC. (2007). Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of
Working Group I to the Fourth Assessment. Cambridge: Cambridge
University Press. Retrieved from
http://www.ipcc.ch/publications_and_data/publications_ipcc_fourth_a
ssessment_report_wg1_report_the_physical_science_basis.htm
IPCC. (2013). Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of
Working Group I to the Fifth Assessment Report of the
Intergovernmental. Cambridge: Cambridge University Press.
IPCC. (2014). Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working
Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the IPCC. Geneva:
IPCC.
İSKİ. (2011). Ataköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi. İstanbul: İSKİ Genel
Müdürlüğü.
Kampschreur, M., Temmink, H., R., K., Jetten, M., & M.C.M., v. L. (2009).
Nitrous oxide emission during wastewater treatment. Water Research,
43, 4093-4103.
Kim, S., Miyahara, M., Fushinobu, S., Wakagi, T., & Shoun, H. (2010). Nitrous
oxide emission from nitrifying activated sludge dependent on
denitrification by ammonia-oxidizing bacteria. Bioresource
Technology, 101(11), 3958-3963.
Law, Y., Ye, L., Pan, Y., & Yuan, Z. (2012). Nitrous oxide emissions from
wastewater treatment processes. Philosophical Transactions of The
Royal Society, 1265-1277. doi:10.1098/rstb.2011.0317
Le Treut, H., Somerville, R., Cubasch, U., Ding, Y., Mauritzen, C., Mokssit, A., .
. . Prather, M. (2007). Historical Overview of Climate Change. In S.
Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K. Averyt, . . . H.
Miller (Eds.), Climate Change 2007: The Physical Science Basis.
Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of
the IPCC. Cambridge: Cambridge University Press.
142
Makinia, J. (2010). Mathematical modelling and computer simulation of activated
sludge systems. London: IWA Publishing.
Monballiu, A., Desmidt, E., Ghyselbrecht, K., de Clippeleir, H., van Hulle, S.,
Verstraete, W., & Meesschaert, B. (2013). Enrichment of anaerobic
ammonium oxidizing (Anammox) bacteria from OLAND and
conventional sludge: Features and limitations. Separation and
Purification Technology, 104, 130-137.
Moss, R., Babiker, M., Brinkman, S., Calvo, E., Carter, T., Edmonds, J., . . .
Nakice, N. v. (2008). Towards New Scenarios for Analysis of
Emissions, Climate Change, Impacts, and Response Strategies.
Technical Summary. Geneva: IPCC.
Myhre, G. D.-M. (2013). Anthropogenic and Natural Radiative Forcing. In: Climate
Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working
Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel
on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press.
OSİB. (2016). İklim Değişikliğinin Su Kaynaklarına Etkisi Projesi [Sunum]. Ankara:
T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Su Yönetimi Genel Müdürlüğü.
Erişim:
http://iklim.ormansu.gov.tr/ckfinder/userfiles/files/1_%C4%B0klim%
20De%C4%9Fi%C5%9Fikli%C4%9Finin%20Su%20Kaynaklar%C4
%B1na%20Etkisi%20Projesi.pdf
Öztürk, İ. (2007). Anaerobik Arıtma ve Uygulamaları. İstanbul: Su Vakfı.
Öztürk, İ., Çallı, B., Arıkan, O., & Altınbaş, M. (2015). Atıksu Arıtma Çamurlarının
İşlenmesi ve Bertarafı (El Kitabı) (2 b.). Ankara: Türkiye Belediyeler
Birliği.
Sliekers, A., Derwort, N., Gomez, J., Strous, M., Kuenen, J., & Jetten, M. (2002).
Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite in one single
reactor. Water Research, 36, 2475-2482.
Şen, Ö. L., Bozkurt, D., Göktürk, O. M., Dündar, B., & Altürk, B. (2013).
Türkiye’de İklim Değişikliği ve Olası Etkileri. 3. Ulusal Taşkın
Sempozyumu. Ankara.
Talleca, G., Garnier, J., Billen, G., & Gousailles, M. (2006). Nitrous oxide
emissions from secondary activated sludge in nitrifying conditions of
urban wastewater treatment plants: Effect of oxygenation level. Water
Research, 40(15), 2972-2980.
TÜİK. (2016). Adrese Dayalı Nüfus Kayıt Sistemi Sonuçları, 2015. Türkiye İstatistik
Kurumu Web Sitesi Erişim:
http://www.tuik.gov.tr/PreHaberBultenleri.do?id=21507
143
UNEP. (2012). The Emissions Gap Report 2012. Nairobi: United Nations
Environment Programme (UNEP). Retrieved from
http://www.unep.org/pdf/2012gapreport.pdf
UNFCCC. (2016a). A Guide to the UNFCCC and its Processes. United Nations
Framework Convention on Climate Change Web Site. Retrieved
October 14, 2016, from http://bigpicture.unfccc.int/#content-the-paris-
agreement
UNFCCC. (2016b). Status of Ratificaion of the Convention. United Nations
Framework Convention on Climate Change. Retrieved, October 14,
2016, from
http://unfccc.int/essential_background/convention/status_of_ratificatio
n/items/2631.php
UNFCCC. (2016c). Status of Ratification of the Kyoto Protocol. United Nations
Framework Convention on Climate Change Web Site. Retrieved
October 14, 2016, from
http://unfccc.int/kyoto_protocol/status_of_ratification/items/2613.php
UNFCCC. (2016d). Parties & Observers. United Nations Framework Conventionon
Climate Change. Retrieved October 10, 2016 from
http://unfccc.int/parties_and_observers/items/2704.php
UNFCCC. (2016e). Status of the Doha Amendment. United Nations Framework
Convention on Climate Change Web Site. Retrieved October 10, 2016,
from
http://unfccc.int/kyoto_protocol/doha_amendment/items/7362.php
UNFCCC. (2016f). The Paris Agreement. United Nations Framework Convention on
Climate Change Web Site. Retrieved October 14, 2016, from
http://unfccc.int/paris_agreement/items/9485.php
UNFCCC. (2016g). Aggregate Effect of the Intended Nationally Determined
Contributions (INDC): an Update. United Nations Framework
Convention on Climate Change Web Site. Retrieved October 15, 2016,
from http://unfccc.int/resource/docs/2016/cop22/eng/02.pdf
Wrage, N., Velthof, G., van Beusichem, M., & Oenema, O. (2001). Role of nitrifier
denitrification in the production of nitrous oxide. Soil Biology &
Biochemistry, 33, 1723-1732.
WRF & GWRC. (2013). Toolbox for Water Utility Energy and Greenhouse Gas
Emission Management. USA: Water Research Foundation.
WRI & WBCSD. (2005). The GHG Protocol for Project Accounting. Washington:
World Resources Institıte (WRI) and World Business Council for
Sustainable Development (WBCSD).
144
Wunderlin, P., Mohn, J., Joss, A., Emmenegger, L., & Siegrist, H. (2012).
Mechanisms of N2O production in biological wastewater treatment
under nitrifying and denitrifying conditions. Water Research, 46, 1027-
1037.
145
EKLER
Ek A: Mantis2 modeline işlenen prosesler
146
147
EK A
Çizelge A.1: Mantis2 modelinde incelenen prosesler (Hydromantis, 2016)
Proses Açıklama
Adsorpsiyon
1 Kolloidal KOİ (scol)’nin
adsorpsiyonu
scol ilk olarak heterotrofik biyokütleye tutunmaktadır. Daha sonra adsorblanan scol yavaş bozunabilen KOİ’nin (xs) bir parçası
haline gelir ve bakteriyel metabolizmaya katılmadan önce hidroliz olması gerekmektedir. Hidrolizde heterotrofik ve fermentatif
mikroorganizmalar rol aldığından adsorpsiyon hızı iki organizma konsantrasyonunun toplamıyla orantılıdır.
Heterotrofik mikroorganizmalarla ilgili prosesler
2 Aerobik hidroliz Heterotrofik ve fermentatif mikroorganizmalar hidrolizde rol almaktadır. Heterotrofik mikroorganizmalar yavaş bozunabilen
KOİ’nin (xs) fermente edilebilen substrata (ss) dönüştürülür.
3 Anoksik hidroliz Anoksik koşullar altında gerçekleşen hidrolizde, aerobik hidroliz hızı ifadesindeki oksijen doygunluk terimi oksijen inhibisyon
değeri ile değiştirilir ve NOx doygunluk terimi ifadeye eklenir. Spesifik hidroliz hızı anoksik hidroliz azaltma faktörü (𝜂𝑛𝑜𝑥) ile
çarpılır.
4 Anaerobik hidroliz Anaerobik hidroliz hızı ifadesinde oksijen ve NOx inhibisyon değeri yer almaktadır. Spesifik hidroliz hızı anaerobik hidroliz
azaltma faktörü (𝜂𝑎𝑛𝑎𝑒𝑟) ile çarpılır.
5 Amonifikasyonu Çözünebilir organik azot amonyak azotuna dönüştürülür. Heterotrofik ve fermentatif mikroorganizmalar prosesi
gerçekleştirebilmektedir.
6 Çoğalma (Karbon kaynağı:
Fermente edilebilen substrat (ss);
e- alıcısı: O2)
Aerobik koşullarda gerçekleşmektedir. Çoğalma hızı toplam çözünebilen substrattaki (ss + sac + spro) ss içeriği ile orantılıdır.
Çoğalma stokiyometrisinde her biyokütle ayrı N, P, Ca, Mg, K, anyon ve katyon alım oranına sahiptir.
7 Çoğalma (Karbon kaynağı: Asetat
(sac); e- alıcısı: O2) Proses 6 ile benzerdir. Çoğalma hızı toplam çözünebilen substrattaki (ss + sac + spro) sac içeriği ile orantılıdır.
8 Çoğalma (Karbon kaynağı:
Propiyonat (spro); e- alıcısı: O2) Proses 6 ile benzerdir. Çoğalma hızı toplam çözünebilen substrattaki (ss + sac + spro) spro içeriği ile orantılıdır.
9 Çoğalma (Karbon kaynağı:
Fermente edilebilen substrat (ss);
e- alıcısı: NO3)
NO3-N’in bulunduğu ortamlarda heterotrofik mikroorganizmalarca gerçekleştirilmektedir. Çoğalma hızı ifadesinde oksijen
inhibisyon, NO3 doygunluk terimi yer almaktadır. Çoğalma hızı toplam çözünebilen substrattaki (ss + sac + spro) ss içeriği ile
orantılıdır.
10 Çoğalma (Karbon kaynağı: Asetat
(sac); e- alıcısı: NO3) Proses 9 ile benzerdir. Çoğalma hızı toplam çözünebilen substrattaki (ss + sac + spro) sac içeriği ile orantılıdır.
11 Çoğalma (Karbon kaynağı:
Propiyonat (spro); e- alıcısı: NO3) Proses 9 ile benzerdir. Çoğalma hızı toplam çözünebilen substrattaki (ss + sac + spro) spro içeriği ile orantılıdır.
148
Çizelge A.1 (devam): Mantis2 modelinde incelenen prosesler (Hydromantis, 2016)
Proses Açıklama
12 Çoğalma (Karbon kaynağı:
Fermente edilebilen substrat (ss);
e- alıcısı: NO2)
NO2-N’in bulunduğu ortamlarda heterotrofik mikroorganizmalarca gerçekleştirilmektedir. Çoğalma hızı ifadesinde oksijen
inhibisyon, NO2 doygunluk terimi yer almaktadır. Çoğalma hızı toplam çözünebilen substrattaki (ss + sac + spro) ss içeriği ile
orantılıdır.
13 Çoğalma (Karbon kaynağı: Asetat
(sac); e- alıcısı: NO2) Proses 12 ile benzerdir. Çoğalma hızı toplam çözünebilen substrattaki (ss + sac + spro) sac içeriği ile orantılıdır.
14 Çoğalma (Karbon kaynağı:
Propiyonat (spro); e- alıcısı: NO2) Proses 12 ile benzerdir. Çoğalma hızı toplam çözünebilen substrattaki (ss + sac + spro) spro içeriği ile orantılıdır.
15 Heterotrofların ölümü Modele ölüm sonucu biyokütle kompozisyonuna göre N, P, Ca, Mg, K, anyon ve katyon üretimi dahil edilmiştir.
Ototrofik mikroorganizmalarla ilgili prosesler
16 Amonyak oksitleyici çoğalması NH3-N, NO2-N’e oksijen varlığında oksitlenir. Reaksiyon hızında amonyak ve oksijen doygunluk terimi olarak kullanılmaktadır.
17 Nitrit oksitleyici çoğalması NO2-N, NO3-N’e oksijen varlığında oksitlenir. Reaksiyon hızında nitrit ve oksijen doygunluk terimi olarak kullanılmaktadır.
18 Amonyak oksitleyici ölümü ASM2d modeliyle aynı proses hızı değeri kullanılmaktadır.
19 Nitrit oksitleyici ölümü ASM2d modeliyle aynı proses hızı değeri kullanılmaktadır.
PAO organizmalarıyla ilgili prosesler
20 PAO’ların asetat kullanarak PHA
biriktirmesi
PAO’ların asetat ve propiyonatı eşzamanlı olarak kullanabildiği göz önüne alınıp modellenmiştir.
21 PAO’ların propiyonat kullanarak
PHA biriktirmesi
PAO’ların asetat ve propiyonatı eşzamanlı olarak kullanabildiği göz önüne alınıp modellenmiştir.
22 PAO’ların PHA kullanarak
çoğalması (e- alıcısı: O2)
Stokiyometrik ve reaksiyon hızı ASM2d modeli ile aynıdır.
23 PHA’daki, PAO’da depolanan
polifosfat (xpp) içeriğinin
depolanması (e- alıcısı: O2)
Stokiyometrik ve reaksiyon hızı ASM2d modeli ile aynıdır.
24 PAO’ların PHA kullanarak
çoğalması (e- alıcısı: NO3)
NO3-N varlığında gerçekleşmektedir. Çoğalma hızı ifadesinde oksijen inhibisyon, NO3-N doygunluk terimi yer almaktadır. PAO
biyokütlesinin NO3-N’i NO2-N’e dönüştürdüğü, NO2-N’den N2 gaz oluşumuna katkı sağlamadığı kabul edilmektedir. Reaksiyon
hızı toplam NOx-N içeriğindeki NO3-N oranı kadar yavaşlatılmaktadır.
25 PHA’daki, PAO’da depolanan
polifosfat (xpp) içeriğinin
depolanması (e- alıcısı: NO3)
PHA içeriği, NO3-N e- alıcısı olarak kullanılarak PAO tarafından depolanmaktadır. Yalnızca NO3-N’i NO2-N’e dönüşümü ele
alınmıştır. Reaksiyon hızı toplam NOx-N içeriğindeki NO3-N oranı kadar yavaşlatılmaktadır.
149
Çizelge A.1 (devam): Mantis2 modelinde incelenen prosesler (Hydromantis, 2016)
Proses Açıklama
26 PAO’ların PHA kullanarak
çoğalması (e- alıcısı: NO2)
NO2-N varlığında gerçekleşmektedir. Çoğalma hızı ifadesinde oksijen inhibisyon, NO2-N doygunluk terimi yer almaktadır. PAO
biyokütlesi, NO2-N’i N2-N’e dönüştürmektedir. Reaksiyon hızı toplam NOx-N içeriğindeki NO2-N oranı kadar
yavaşlatılmaktadır.
27 PHA’daki, PAO’da depolanan
polifosfat (xpp) içeriğinin
depolanması (e- alıcısı: NO2)
PHA içeriği, NO2-N e- alıcısı olarak kullanılarak PAO tarafından depolanmaktadır. Yalnızca NO2-N’i N2-N’e dönüşümü ele
alınmıştır. Reaksiyon hızı toplam NOx-N içeriğindeki NO2-N oranı kadar yavaşlatılmaktadır.
28 PAO ölümü Proses stokiyometrisi ve hız ifadesi ASM2d ile aynıdır ancak alkalinite doygunluk terimi ifadede yer almamaktadır.
29 XPP lizis (erimesi) prosesi Proses stokiyometrisi ve hız ifadesi ASM2d ile aynıdır ancak alkalinite doygunluk terimi ifadede yer almamaktadır.
30 PHA lizis (erimesi) prosesi Proses stokiyometrisi ve hız ifadesi ASM2d ile aynıdır ancak alkalinite doygunluk terimi ifadede yer almamaktadır.
Metilotroflarla ilgili prosesler
31 Çoğalma (karbon kaynağı:
metanol; e- alıcı: O2)
Heterotrofik çoğalmanın stokiyometrik ve kinetik özellikleri kullanılmaktadır. Proses hızı ifadesinde oksijen ve metanol
doygunluk terimleri olarak yer almaktadır. Biyokütle çoğalma verimi metanol için karbondan oldukça düşüktür. Bu nedenle
proses stokiyometrisinde değişik verim katsayısı kullanılmaktadır.
32 Çoğalma (karbon kaynağı:
metanol; e- alıcı: NO3)
NO3-N’i NO2-N’e dönüşümü ele alınmıştır. Çoğalma hızı ifadesinde oksijen inhibisyon, NO3-N doygunluk terimi yer
almaktadır. Reaksiyon hızı toplam NOx-N içeriğindeki NO3-N oranı kadar yavaşlatılmaktadır.
33 Çoğalma (karbon kaynağı:
metanol; e- alıcı: NO2)
Yalnızca NO2-N’i N2-N’e dönüşümü ele alınmıştır. Çoğalma hızı ifadesinde oksijen inhibisyon, NO2-N doygunluk terimi yer
almaktadır. Reaksiyon hızı toplam NOx-N içeriğindeki NO2-N oranı kadar yavaşlatılmaktadır.
34 Metilotrofların ölümü Birinci dereceden reaksiyon hızı kullanılarak modellenmiştir.
Anaerobik mikroorganizmalarla ilgili prosesler
35 Düşük H2 konsantrasyonunda
fermentatif biyokütle çoğalması
Düşük H2 kısmi basıncında fermentatif biyokütle çoğalmasını modeller. Proses stokiyometrisi glikozun asetik asit, H2 ve CO2’ye
dönüştürülmesini baz almaktadır. Proses hızı ifadesinde H2 inhibisyon terimi olarak yer almaktadır.
36 Yüksek H2 konsantrasyonunda
fermentatif biyokütle çoğalması
Düşük H2 kısmi basıncında fermentatif biyokütle çoğalmasını modeller. Proses stokiyometrisi glikozun asetik asit, propiyonik
asit, H2 ve CO2’ye dönüştürülmesini baz almaktadır. Proses hızı ifadesinde H2 doygunluk terimi olarak yer almaktadır.
37 Fermentatif biyokütle ölümü Diğer biyokütle ölüm reaksiyonlarıyla aynı modellenmiştir.
38 Propiyonat tüketilerek Asetojen
çoğalması
Proses hızı ifadesinde H2 inhibisyon, propiyonik asit doygunluk terimi olarak yer almaktadır.
39 Asetojen ölümü Diğer biyokütle ölüm reaksiyonlarıyla aynı modellenmiştir.
40 Hidrojenotrofik metanojen
çoğalması
H2 ve CO2 metana dönüştürülür. Proses hızı ifadesinde H2 doygunluk terimi olarak yer almaktadır.
41 Hidrojenotrofik metanojen ölümü Diğer biyokütle ölüm reaksiyonlarıyla aynı modellenmiştir.
42 Asetoklastik metanojen çoğalması Asetik asit metan ve CO2’ye dönüştürülmektedir. Proses hızı ifadesinde asetat doygunluk terimi olarak yer almaktadır.
150
Çizelge A.1 (devam): Mantis2 modelinde incelenen prosesler (Hydromantis, 2016)
Proses Açıklama
43 Asetoklastik metanojen ölümü Diğer biyokütle ölüm reaksiyonlarıyla aynı modellenmiştir.
Anaerobik ototrofik mikroorganizmalarla (Anammox) ilgili prosesler
44 Anammox mikroorganizmalarının
çoğalması
Proses hızı ifadesinde O2 inhibisyon, NO2-N ve NH3-N doygunluk terimi olarak kullanılmaktadır.
45 Anammox mikroorganizmalarının
ölümü
Birinci dereceden reaksiyon hızı kullanılarak modellenmiştir.
Kimyasal çökelme prosesleri
46 CaCO3 çökmesi Ortamda Ca2+ ve CO32− iyonları bulunduğunda CaCO3 çökelmesi gözlenmektedir. Sistemdeki inorganik karbon ve pH değeri
kullanılarak CO32− konsantrasyonu hesaplanmaktadır.
47 MgNH4PO4. 6H2O (strüvit)
çökmesi Strüvit çökmesi çürütücü süpernatantında gözlemlenmektedir. NH4
+ ve PO43− konsantrasyonları ortamdaki pH’a göre
hesaplanmaktadır.
48 MgHPO4. 3H2O (nevberit)
çökmesi
Düşük pH’ta çürütücü süpernatantında nevberit çökmesi gözlemlenmektedir. 𝐻𝑃𝑂42− konsantrasyonları ortamdaki pH’a göre
hesaplanmaktadır.
49 Ca_3(PO4)2(ACP) çökmesi Çökeltiler arasında en az kararlı olanıdır ve kısa sürede daha kararlı yapıya dönüşmektedir.
50 MgCO3 (magnezit) çökmesi Modele eklenen diğer bir magnezyum çökeltisidir.
51 AlPO4 çökmesi Fosforun metal tuzu olarak çökelmesidir. Çökeltinin çözünebilirliği modele işlenmiştir.
52 FePO4 çökmesi Fosforun metal tuzu olarak çökelmesidir. Çökeltinin çözünebilirliği modele işlenmiştir.
Gaz-sıvı transferi prosesleri
53 CO2 transferi Proses karbondioksitin suya tutunması ya da sudan ayrılmasını tanımlamaktadır. Sudaki CO2 konsantrasyonu pH ile bağlantılı
olduğundan bu proses ortamdaki pH’a karşı oldukça hassastır.
54 N2 transferi Proses N2 gazının suya tutunması ya da sudan ayrılmasını tanımlamaktadır.
55 CH4 transferi Proses metanın suya tutunması ya da sudan ayrılmasını tanımlamaktadır.
56 H2 transferi Proses hidrojenin suya tutunması ya da sudan ayrılmasını tanımlamaktadır.
151
ÖZGEÇMİŞ
Ad-Soyad : Hazal Gülhan
Doğum Tarihi ve Yeri : 08.01.1991 Ankara
E-posta : [email protected]
ÖĞRENİM DURUMU:
Lisans : 2014, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Çevre
Mühendisliği Bölümü
Yükseklisans : 2017, İstanbul Teknik Üniversitesi, Çevre Mühendisliği
Anabilim Dalı, Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Program
MESLEKİ DENEYİM VE ÖDÜLLER:
Hereko Tarafından İşletilen İBB Kömürcüoda Mekanik-Biyolojik Atık Arıtma
Tesisi Hakkında Rapor, Temmuz 2015
Dosu Maya Mayacılık A.Ş. Lüleburgaz Fabrikası Atıksu Arıtma Tesisi
Performans Değerlendirme Raporu, Mart 2015